Al jaren weet men dat snaartheorie de uiteindelijke theorie niet kan zijn; de theorie waar zwaartekracht en quantummechanica allebei in passen en de vier krachten verenigt die we in de natuur aantreffen. Zo’n theorie zou bijvoorbeeld moeten verklaren wat er zich binnen de horizon van een zwart gat afspeelt; of hoe de materie vlak voor de oerknal zich gedroeg.
Snaartheorie heeft op dit gebied spectaculaire successen geboekt, maar kan de uiteindelijke unificatietheorie niet zijn. Snaartheorie is niet één theorie maar meerdere en heeft daarom zelf behoefte aan unificatie: er zijn maar liefst vijf verschillende supersnaartheorieën! In 1995 ontstond het vermoeden dat een nieuwe theorie voor deze taak moet zorgen. Alle vijf supersnaartheorieën zouden vanuit één enkele moedertheorie verklaard kunnen worden. Deze theorie werd vooralsnog M-theorie genoemd, waarbij de M stond voor “mother theory”, “membrane”, “mystery”... Men vermoedde dat àls zo’n theorie bestond, het dan een theorie moest zijn waar membranen en geen snaren de hoofdrol spelen. Deeltjes zijn dus trillende membranen in elf (!) dimensies. Rollen we zo’n membraan (en de omheen liggende ruimte) als een soort pannenkoek op, dan ziet die eruit als een snaar in tien dimensies... Maar daar hield het een beetje bij op. Er werden diverse pogingen gedaan om membranen te beschrijven. Men kon met deze voorstellen een aantal dingen uitrekenen, zoals bijvoorbeeld wat er gebeurt als twee membranen tegen elkaar botsen; maar fundamentele vooruitgang op het gebied van M-theorie was er de afgelopen tien jaar eigenlijk weinig.
Tot voor kort; want we lijken nu eindelijk uit de impasse te zijn gekomen. Eind vorig jaar publiceerde mijn collega Neil Lambert uit King’s College samen met Jonathan Bagger van de John Hopkins University het volgende artikel met een concreet voorstel voor hoe quantummechanische membranen eruit zien. Het voorstel was eenvoudig: een membraan is een driedimensionaal object (2 + tijd) dat in elf dimensies beweegt (10 + tijd). De positie van een membraan in de ruimte wordt dus bepaald door 10 - 2 = 8 coördinaten. Deze coördinaten beschrijven de loodrechte trillingen van het membraan. Bovendien is men geïnteresseerd in membranen die op heel hoge energie dicht op elkaar zitten. Bij zo’n botsing is met name de vorm en niet de oppervlakte van het membraan van belang, dus men zoekt naar een theorie die membranen in termen van 8 coordinaten beschrijft en niet van de oppervlakte afhangt. Dit is precies wat de theorie van Bagger en Lambert doet. De crux van het succes was het goed beschrijven van de interacties via een potentiaal, en het schijnt dat Bagger en Lambert ook hierin zijn geslaagd. De theorie is verder uitgewerkt en verschillende checks zijn al gedaan. Tot nu toe schijnt alles redelijk goed te werken.
Betekent dit dat M-theorie eindelijk gevonden is? Ik denk dat enige voorzichtigheid geboden is. Wat er ligt is een concreet voorstel voor M-theorie en het gedrag van membranen bij heel speciale situaties. Wel wijst alles erop dat dit een echte doorbraak is waar we de komende tijd meer over zullen horen!
Bundels protonen, dat zijn kerndeeltjes die 1800 keer zo zwaar zijn als de electronen die door uw mp3-player heen vliegen, met duizelilngwekkende snelheden tegen elkaar af te schieten. Om precies te zijn: met ongeveer één miljoenste fractie van de lichtsnelheid.
