Wat is massa? Natuurkundigen hebben daar ideeën over, maar kennelijk voldoen die niet. Een nieuwe theorie stelt dat de fundamentele krachten en deeltjeseigen-schappen van het universum moge-lijk voortkomen uit de geometrie van verborgen extra dimensies, buiten de vier voor ruimte en tijd. Deze dimensies zouden in de loop der tijd kunnen veranderen, waardoor er stabiele structuren ontstaan ​​die op zichzelf massa en symmetriebreking genereren. Deze benadering zou ook de kosmische expansie kunnen verklaren en een nieuw deeltje kunnen voorspellen. Die suggereert een heelal dat volledig uit geometrie bestaat, zo stelt het persbericht.
De geometrie van de ruimte zelf speelt mogelijk een veel centralere rol in de natuurkunde dan voorheen werd gedacht. In plaats van alleen te dienen als achtergrond waartegen krachten werken, zou de ruimtetijd (‘onze’ vier dimensies) verantwoordelijk kunnen zijn voor de krachten en deeltjes waaruit het heelal is opgebouwd.
Nieuw theoretisch werk suggereert dat het fundamentele gedrag van de natuur rechtstreeks zou kunnen voortkomen uit de structuur van de ruimtetijd, wat wijst op geometrie als de gemeenschappelijke oorsprong van natuurkundige processen.
Natuurkundige Richard Pincak en collega’s onderzochten of de eigenschappen van materie en krachten kunnen voortkomen uit de geometrie van voor ons onzichtbare dimensies buiten de alledaagse ruimte.
Hun onderzoek suggereert dat het universum extra dimensies bevat die niet direct waarneembaar zijn. Deze dimensies zouden compact kunnen zijn en opgevouwen tot complexe zevendimensionale vormen, G2-variëteiten genaamd.
Tot nu toe werden dergelijke geometrische structuren doorgaans als vast en onveranderlijk beschouwd. De nieuwe studie onderzoekt in plaats daarvan wat er gebeurt wanneer deze vormen in de loop van de tijd mogen evolueren via een wiskundig proces dat bekend staat als de G2-Ricci-stroom, die hun interne geometrie geleidelijk verandert. Pincak: “Net als in organische systemen, zoals de verdraaiing van DNA of de chiraliteit van aminozuren, kunnen deze extra-dimensionale structuren torsie bezitten, een soort intrinsieke verdraaiing.” Die torsie introduceert een ingebouwde draaiing binnen de geometrie zelf.

Toen de onderzoekers modelleerden hoe deze verdraaide vormen in de loop van de tijd veranderen, ontdekten ze dat de geometrie zich vanzelf kan stabiliseren in stabiele patronen die solitonen worden genoemd. “Als we ze in de tijd laten evolueren, zien we dat ze zich kunnen stabiliseren in stabiele configuraties die solitonen worden genoemd”, zegt de Sloveen. “Deze solitonen zouden een puur geometrische verklaring kunnen bieden voor fenomenen zoals spontane symmetriebreking.”

Standaardmodel

In het standaardmodel van de deeltjesfysica ontstaat massa door interacties met het Higgsveld, dat gewicht geeft aan deeltjes zoals de W- en Z-bosonen. De nieuwe theorie suggereert een andere mogelijkheid. In plaats van te vertrouwen op een apart veld, zou massa kunnen voortkomen uit torsie binnen de meerdimensionale geometrie zelf.

“In ons model,” zegt de natuurkundige, “ontstaat materie uit de weerstand van de geometrie zelf, niet uit een extern veld.” Volgens deze visie weerspiegelt massa hoe de ruimtetijd reageert op zijn eigen interne structuur, in plaats van op de invloed van een toegevoegd fysiek ingrediënt.
De onderzoekers leggen ook een verband tussen geometrische torsie en de kromming van de ruimtetijd op grote schaal. Deze relatie zou de positieve kosmologische constante, die samenhangt met de versnellende expansie van het heelal, kunnen verklaren.

Naast deze kosmologische implicaties speculeren de onderzoekers over het bestaan ​​van een voorheen onbekend deeltje dat verband houdt met torsie, dat ze de Torstone noemen. Als het echt bestaat, zou het mogelijk in toekomstige experimenten waargenomen kunnen worden.
Hun bredere ambitie is om Einsteins idee verder uit te werken. Als zwaartekracht voortkomt uit geometrie, vragen de auteurs zich af of alle fundamentele krachten dezelfde oorsprong zouden kunnen hebben. Pincak: “De natuur geeft vaak de voorkeur aan eenvoudige oplossingen. Misschien komen de massa’s van de W- en Z-bosonen niet voort uit het beroemde Higgsveld, maar rechtstreeks uit de geometrie van de zevendimensionale ruimte.”

Bron: Science Daily