Aber es könnte Möglichkeiten geben, die Signaturen dieser Gravitonen indirekt zu erkennen.
Eine Strategie, die Vafa und seine Mitarbeiter verfolgen, basiert auf groß angelegten kosmologischen Untersuchungen, die die Verteilung von Galaxien und Materie kartieren. In diesen Verteilungen könnte es „kleine Unterschiede im Clusterverhalten“ geben, sagte Obied, was auf das Vorhandensein dunkler Gravitonen hinweisen würde.
Wenn schwerere dunkle Gravitonen zerfallen, erzeugen sie ein Paar leichterer dunkler Gravitonen mit einer Gesamtmasse, die etwas geringer ist als die ihres Elternteilchens. Die fehlende Masse wird in kinetische Energie umgewandelt (gemäß Einsteins Formel, E = mc2), was den neu erzeugten Gravitonen einen kleinen Schub verleiht – eine „Kick-Geschwindigkeit“, die schätzungsweise etwa ein Zehntausendstel der Lichtgeschwindigkeit beträgt.
Diese Stoßgeschwindigkeiten könnten wiederum die Entstehung von Galaxien beeinflussen. Nach dem kosmologischen Standardmodell beginnen Galaxien mit einem Materieklumpen, dessen Anziehungskraft weitere Materie anzieht. Aber Gravitonen mit ausreichender Trittgeschwindigkeit können diesem Gravitationsgriff entkommen. Wenn dies der Fall ist, wird die resultierende Galaxie etwas weniger massereich sein, als das kosmologische Standardmodell vorhersagt. Astronomen können nach diesem Unterschied suchen.
Aktuelle Beobachtungen der kosmischen Struktur aus der Kilo-Degree-Durchmusterung stimmen bisher mit der dunklen Dimension überein: Eine Analyse der Daten aus dieser Durchmusterung eine Obergrenze gesetzt auf der Trittgeschwindigkeit, die sehr nahe an dem von Obied und seinen Co-Autoren vorhergesagten Wert lag. Ein strengerer Test wird vom Weltraumteleskop Euclid durchgeführt, das im vergangenen Juli gestartet ist.
Unterdessen planen Physiker auch, die Idee der Dunklen Dimension im Labor zu testen. Wenn die Schwerkraft in eine dunkle Dimension mit einem Durchmesser von 1 Mikrometer eindringt, könnte man im Prinzip nach Abweichungen von der erwarteten Schwerkraft zwischen zwei Objekten suchen, die denselben Abstand haben. Es sei kein einfach durchzuführendes Experiment, sagte er Armin Shayeghi, ein Physiker der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, der den Test durchführt. Aber „es gibt einen einfachen Grund, warum wir dieses Experiment durchführen müssen“, fügte er hinzu: Wir werden nicht wissen, wie sich die Schwerkraft in so geringen Entfernungen verhält, bis wir hinschauen.
Der bislang nächstgelegene Messung– durchgeführt im Jahr 2020 an der University of Washington – beinhaltete eine 52-Mikrometer-Trennung zwischen zwei Testkörpern. Die österreichische Gruppe hofft, irgendwann den für die dunkle Dimension vorhergesagten 1-Mikrometer-Bereich zu erreichen.
Während Physiker den Vorschlag zur dunklen Dimension faszinierend finden, sind einige skeptisch, ob er funktionieren wird. „Die Suche nach zusätzlichen Dimensionen durch präzisere Experimente ist eine sehr interessante Sache“, sagte er Juan Maldacenaein Physiker am Institute for Advanced Study, „obwohl ich denke, dass die Wahrscheinlichkeit, sie zu finden, gering ist.“
Joseph Conlon, ein Physiker aus Oxford, teilt diese Skepsis: „Es gibt viele Ideen, die wichtig wären, wenn sie wahr wären, es aber wahrscheinlich nicht sind.“ Dies ist einer von ihnen. Die Vermutungen, auf denen es basiert, sind etwas ehrgeizig, und ich denke, die aktuellen Beweise dafür sind eher schwach.“
Natürlich kann sich die Beweiskraft ändern, weshalb wir überhaupt Experimente durchführen. Wenn der Vorschlag zur dunklen Dimension durch bevorstehende Tests unterstützt wird, könnte er uns dem Verständnis näher bringen, was dunkle Materie ist, wie sie sowohl mit dunkler Energie als auch mit der Schwerkraft zusammenhängt und warum die Schwerkraft im Vergleich zu den anderen bekannten Kräften schwach erscheint. „Theoretiker versuchen immer, dies ‚zusammenzubinden‘. Die dunkle Dimension ist eine der vielversprechendsten Ideen, die ich in dieser Richtung gehört habe“, sagte Gopakumar.
Ironischerweise kann die Hypothese der dunklen Dimension jedoch nicht erklären, warum die kosmologische Konstante so erstaunlich klein ist – eine rätselhafte Tatsache, die im Wesentlichen diese ganze Forschungslinie initiierte. „Es ist wahr, dass dieses Programm dies tut.“ „Ich kann diese Tatsache nicht erklären“, gab Vafa zu. „Aber was wir auf der Grundlage dieses Szenarios sagen können, ist, dass, wenn Lambda klein ist – und wenn man die Konsequenzen darlegt – eine ganze Reihe erstaunlicher Dinge zusammenpassen könnten.“
Originelle Geschichte Nachdruck mit Genehmigung von Quanta-Magazin, eine redaktionell unabhängige Veröffentlichung der Simons-Stiftung Deren Aufgabe ist es, das öffentliche Verständnis der Wissenschaft zu verbessern, indem sie Forschungsentwicklungen und -trends in der Mathematik sowie den Physik- und Biowissenschaften abdeckt.