دوره اى جدید در فیزیک ذرات، به وسیله مشاهده ذرات ابرتقارنى در برخورددهنده تواترون (Tevatron)  در آزمایشگاه شتاب دهنده ملى فرمى (Fermi National Accelerator Laboratory)  در باتاویاى ایلینویز آغاز خواهد شد. یک کوارک و یک پاد کوارک (قرمز و آبى) مستقیم به هم برخورد مى کنند تا دو ذره ابرتقارنى سنگین (کهربایى) روشنى شکل بگیرند. آنها به ذرات W و Z نارنجى) و دو ذره ابرتقارنى سبک تر (کهربایى تیره) تبدیل مى شوند. ذرات W و Z  نیز به یک الکترون، یک پادالکترون و یک میوآن (muon) ( همه به رنگ سبز) که قابل مشاهده هستند و همچنین یک پادنوترینوى مشاهده ناپذیر (خاکسترى) تبدیل مى شوند.

مدل استاندارد فیزیک ذرات در مرحله مهمى از تاریخچه خود قرار دارد؛ هم در اوج موفقیت و هم در مرز تحول. قرن ها بعد از آغاز تحقیق روى بخش هاى بنیادى که زیبایى و پیچیدگى جهان را مى سازند، امروزه به نتیجه شگفت ا نگیز و ساده اى رسیده ایم ؛ فقط شش ذره: الکترون، کوارک هاى بالا و پائین، گلوئون (gluon)،  فوتون و بوزون هیگز. براى توضیح همه پدیده هایى که فیزیکدانان ذرات بنیادى مى  دانند اضافه کردن یازده ذره دیگر به جمع ذرات گفته شده کافى است. [به قاب سمت چپ نگاه کنید] اینها تصوراتى شبیه تصورات یونانیان قدیم نیست که مى گفتند جهان از چهار عنصر خاک، هوا، آب و آتش تشکیل شده است. بلکه این نتایج از پیچیده ترین نظریه ریاضى در مورد طبیعت در طول تاریخ یعنى مدل استاندارد فیزیک ذرات حاصل شده است، به رغم معنى کلمه مدل، مدل اسصتاندارد یک نظریه کامل براى شرح ذرات پایه و توضیح برهم کنش آنها است. همه آنچه در دنیاى ما رخ مى دهد (به جز اثرهاى گرانشى) قابل بیان با قوانین و معادلات مدل استاندارد است..
مدل استاندارد در دهه ???? فرمول بندى شد و در اوایل دهه ???? آزمایش ها به طور نسبى درست بودن آن را نشان دادند. نزدیک به سه دهه آزمایش هاى دقیق و موشکافانه نظریه را آزموده اند و تائید کرده اند که همه پیش بینى هاى نظریه درست است. از یک سو این موفقیت ارزشمند است زیرا تائید مى کند (در عمیق ترین سطح اش تاکنون) که ما واقعاً چگونگى کارکرد طبیعت را درک مى کنیم. از سوى دیگر این موفقیت دلسردکننده است. قبل از پیدایش مدل استاندارد، فیزیکدان ها براى نظریه جدید منتظر کشف ذرات جدید یا نشانه هاى جدید در مشاهدات تجربى بودند، قبل از اینکه نظریه قبلى قدیمى شود. اما براى مدل استاندارد آنها سى سال منتظر ماندند تا مشاهدات نظریه را تائید کنند.
انتظارها به زودى به سر مى رسد. آزمایشاتى که مى توانند برخوردهایى تولید کنند با انرژى هاى بالاتر از قبل یا با دقت بالاتر براى پدیده هاى خاص بر لبه پیشرو مدل استاندارد قرار دارند. این نتایج مدل استاندارد را باطل نخواهند کرد. بلکه با کشف ذرات جدید و نیروهاى توضیح داده نشده باعث پیشرفت آن خواهند شد. مهم ترین آزمایش توسط برخورد دهنده تواترون (Tevatron)  کاراتر شده شتاب دهنده فرمى (FNAL)  در باتاویاى ایلینویز انجام مى شود که ارائه اطلاعات  (data)  را از سال ???? آغاز کرده است. این آزمایش قرار است به طور مستقیم ذرات گریزپایى که مدل استاندارد را کامل مى کنند بوزون هیگز) و آنهایى را که توسط نظریه هاى تکامل یافته تر پیش بینى مى شوند ابرهمزادها یا (SuperPartner هاى ذرات شناخته شده) تولید کند.
اطلاعات قابل ملاحظه اى هم از کارخانجات  B  مى رسد، کارخانجات B  برخورددهنده هایى در کالیفرنیا و ژاپن هستند که براى تولید کوارک هاى b  یکى از یازده ذره اضافى) و پادذره آنها طراحى شده اند تا براى بررسى پدیده شکست تقارن CP استفاده شوند. CP) charge- parity) تقارنى مربوط به ذرات و پادذرات است و شکست آن به این معنى است که پادذرات دقیقاً منعکس کننده رفتار ذرات نیستند.
مقدار شکست تقارن  CP  که در آزمایشگاه دیده شده است با مدل استاندارد تطبیق دارد، اما دلایلى وجود دارد که مقادیر بیشترى شکست تقارن CP  قابل تولید است. فیزیک بعد از مدل استاندارد این مقدار شکست اضافى تقارن  CP  را مى تواند تولید کند

گرانش، نیروی مرموزی است که هرچند نظریه نسبیت عام اینشتین، آن‌را به خوبی توصیف می‌کند؛ اما منشا آن کماکان ناشناخته است. آیا می‌توان جهت‌گیری آرایش اطلاعات اجسام مادی را در فضا عامل گرانش دانست؟

محمود حاج‌زمان: اگرچه نیروی جاذبه ابتدا توسط قوانین نیوتن و سپس نسبیت عام اینشتین به خوبی توصیف شد، با این وجود ما هنوز نمی‌دانیم چگونه خواص بنیادین جهان با هم ترکیب می‌شوند و این پدیده را ایجاد می‌کنند.

به گزارش نیوساینتیست، اریک ورلیند از دانشگاه آمستردام هلند، رویکرد جدیدی را برای توصیف نیروی جاذبه پیشنهاد کرده است. این فیزیکدان نظری و از تئوریسین‌های برجسته نظریه ریسمان، استدلال می‌کند که جاذبه گرانشی ممکن است ناشی از جهت آرایش اطلاعات اجسام مادی در فضا باشد. وی می‌گوید: «از نظر من به عنوان یک فیزیکدان، این بسیار متقاعد کننده است.»

اولین، دوربردترین و تنهاترین
نخستین بار نیوتن با در نظر گرفتن جاذبه به عنوان نیروی بین اجسام، نشان داد که جاذبه چطور در مقیاس‌های بزرگ عمل می‌کند. سپس اینشتین ایده‌های نیوتن را در نظریه نسبیت عام خود اصلاح کرد. وی نشان داد که توصیف جاذبه به‌وسیله انحنای چارچوب فضا-زمان توسط یک جسم، بهتر انجام می‌شود. همه ما ازآن‌رو به سمت زمین کشیده می‌شویم که جرم سیاره، چارچوب فضا-زمان پیرامون خود را خم کرده است.

اما این پایان ماجرا نیست. اگرچه نیوتن و اینشتین بینش عمیقی را برای درک نیروی جاذبه فراهم کردند، اما قوانین آنها تنها توصیف‌های ریاضی است. این نظریه‌ها تنها نحوه عملکرد جاذبه را تشریح می‌کنند، بدون این‌که بگوید جاذبه از کجا می‌آید. فیزیکدانان نظری تلاش زیادی را برای ایجاد ارتباط بین نیروی جاذبه با دیگر نیروهای بنیادین شناخته شده جهان انجام داده‌اند. مدل استاندارد فیزیک که بهترین چارچوب ما برای توصیف دنیای زیراتمی است، شامل نیروی الکترومغناطیسی و نیروهای هسته‌ای قوی و ضعیف است؛ اما نیروی جاذبه را دربر نمی‌گیرد.

بسیاری از فیزیکدانان نسبت به این‌که مدل استاندارد فیزیک بتواند در برگیرنده نیروی جاذبه باشد، تردید دارند. نیروی گرانش را می‌توان بوسیله عملکرد ذرات فرضی گراویتون توصیف کرد، اما تاکنون مدرکی دال بر وجود این ذرات به‌دست نیامده است. ضعف جنبه گرانشی نظریه‌های موجود، از دلایل اصلی ارائه تئوری‌های جدید مانند نظریه ریسمان و گرانش کوانتومی در دهه‌های اخیر بوده است.

آنتروپی، گرانش و هولوگرافی
کارهای ورلیند، رویکرد جدیدی را برای بررسی مساله گرانش پیشنهاد می‌کند. بنابر اعتقاد وی گرانش پدیده‌ای است که از خواص بنیادین فضا و زمان ایجاد می‌شود.

برای درک نگرش پیشنهادی ورلیند، مفهوم سیالیت آب را در نظر بگیرید. مولکول‌های منفرد آب هیچ سیالیتی ندارند، اما مجموعه این مولکول‌ها در کنار یکدیگر خاصیت سیالیت آب را به وجود می‌آورد. به‌طور مشابه، نیروی گرانشی جزو خواص ذاتی مواد نیست. این نیرو یک اثر اضافی فیزیکی است که از اندرکنش جرم، فضا و زمان ایجاد می‌شود. ایده وی درباره نیروی جاذبه به عنوان یک نیروی آنتروپی، بر اصل اول ترمودینامیک استوار است که در حوزه نامتعارفی از توصیف فضا-زمان که هولوگرافی نامیده می‌شود، عمل می‌کند.

هولوگرافی در فیزیک نظری، دارای اصول مشابه برچسب هولوگرام موجود بر روی اسکناس است. در این روش تصاویر سه‌بعدی در یک سطح دوبعدی جا داده شده است. مفهوم هولوگرافی در فیزیک در دهه 1970، توسط استیفن و جاکوب بکنشتین توسعه یافت تا بتواند خواص سیاهچاله‌ها را توصیف کند. کارهای آنها به مفهومی منجر شد که بر اساس آن، یک کره فرضی می‌تواند اطلاعات لازم را درباره جرم داخلش در خود ذخیره کند. در دهه 1990 میلادی / 1370 شمسی، هوفت و لئونارد ساسکیند از دانشگاه استنفورد پیشنهاد کردند که این چارچوب می‌تواند به تمام جهان تعمیم داده شود. اصل هولوگرافیک پیشنهادی آنها در بسیاری از تئوری‌های بنیادین علم فیزیک مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ورلیند از این اصل هولوگرافیک استفاده کرد تا دریابد که برای یک جرم کوچک، در فاصله مشخصی از یک جسم بزرگ‌تر مانند یک ستاره یا سیاره چه اتفاقی می‌افتد. وی نشان داد که جابه‌جایی اندک این جسم کوچک به معنای تغییر محتوای اطلاعات یا آنتروپی در سطح هولوگرافیک فرضی بین دو جسم است. این تغییر اطلاعات با تغییرات انرژی سیستم مرتبط است.

ورلیند از اصول آماری برای درنظر گرفتن تمام حرکات ممکن جرم کوچک و تغییرات انرژی مربوط به آن استفاده کرد. وی کشف کرد که از نظر ترمودینامیکی، حرکت جسم کوچک به سمت جسم بزرگ‌تر محتمل‌تر از سایر جابه‌جایی‌ها است. این اثر را می‌توان به صورت یک نیروی خالص که هر دو جسم را به سمت یکدیگر می‌کشد، نگاه کرد. فیزیکدانان این را نیروی آنتروپی می‌نامند؛ زیرا از تغییرات محتوای اطلاعات سرچشمه می‌گیرد.

با ایجاد ارتباط بین محتوای انرژی و رابطه معروف اینشتین برای جرم و انرژی، قانون جاذبه نیوتن مستقیما استخراج می‌شود. این نسخه نسبیتی تنها گام کوچکی به جلو به حساب می‌آید و می‌تواند برای هر دو جسم اعمال شود. ورلیند می‌گوید: «یافتن مجدد قوانین نیوتن می‌تواند یک تطابق خوش‌یمن باشد.»

چرا کسی زودتر به این فکر نیفتاده بود؟
مقاله ورلیند ستایش برخی از فیزیکدانان را به دنبال داشته‌است. رابرت دیجگراف از ریاضی‌فیزیک‌دانان برجسته دنیا در دانشگاه آمستردام، ظرافت مفاهیم کار ورلیند را تحسین می‌کند. وی می‌گوید: «مساله تعجب‌آور این است که هیچ کسی قبلا به این موضوع فکر نکرده است. این ایده بسیار ساده و متقاعد کننده به نظر می رسد.»

اما برخی از فیزیکدانان نظرات مخالفی دارند. برخی اعتقاد دارند که ورلیند در استخراج معادلات خود، به دلیل اینکه از خود جاذبه شروع کرده، دچار استدلال دور شده است. برخی دیگر نیز نگرانی‌هایی را در خصوص ریاضیات ناچیز مورد استفاده ورلیند ابراز کرده‌اند.

استنلی دسر از دانشگاه برندایس ماساچوست، که کارهایش باعث گسترش قلمرو نسبیت شده می‌گوید: «به‌نظر می‌رسد کار ورلیند یک راه امیدبخش است. اما کارهای وی تمام عقاید تعصب‌آمیز ما را درباره نیوتن و هوک تا اینشتین به چالش می‌کشد، چیزی که قبول آن خیلی سخت است.»

ورلیند تاکید می‌کند که مقاله وی تنها گام نخست در این موضوع است. وی می‌گوید: «ایده من هنوز در حد یک نظریه نیست، اما پیشنهادی برای برای یک الگو یا چارچوب جدید است. قسمت سخت کار تازه آغاز شده است.»