ابر ریسمان. نظریۀ واقعیت یا افسانه

مدلهای ابر ریسمان، فیزیک دانهای نظری را به هیجان می‌آورد زیرا ممکن است که این مدلها چهار نیروی اساسی طبیعت را وحدت ببخشند. این نظریه‌ها در یک جهان ده بعدی در انرژیهای فوق ‌العاده زیاد صورتبندی می‌شوند. کارهای اخیر نشان می‌دهد که چگونه ابر ریسمانها به جهان چهار بعدی ملموس و تجربیات آزمایشگاهی مربوط می‌شوند.
این روز‌ها در راهروهای مؤسسات فیزیک نظری همه ‌جا صحبت از همانستگی است. کتاب‌های ریاضی در کتاب خانه‌های فیزیک خواستار فراوان دارند. مسبب این همه هیجان ابرریسمان است (گرین 1985) که امروز خیلی از نظریه پردازان ذرات آن را یک نامزد جدی برای نظریۀ همه چیز می‌دانند، نظریه‌ای که ممکن است تمام برهم کنش‌های بنیادی – الکترومغناطیس، هسته‌ای قوی و ضعیف، و گرانشی – را وحدت ببخشد و تعداد ذرات بنیادی وجفت شدگیهای آن‌ها را توضیح بدهد. نظریه‌های ریسمان، تقریباً 30 سال است که وجود دارند. بر طبق نظریۀ ابرریسمان تمام ذراتی که تاکنون بنیادی به حساب می‌آمدند، در واقع مد‌های نوسان یک شی‌ء گسترده‌ی یک بعدی در یک فضا - زمان ده بعدی‌اند. ما سعی خواهیم کرد توضیح بدهیم که چرا نظریه‌ای ظاهراً غیر عادی که زمانی دراز در پرده ابهام بوده اخیراً تخیل عده‌ی زیادی از نظریه ‌پردازان ذرات را به خود مشغول کرده است. اکنون روش مطلوبی (هرچند با بعضی جنبه‌های تردید آمیز) برای استخراج فیزیک چهار بعدی در انرژی‌های قابل حصول وجود دارد، چشم ‌انداز‌هایی برای آزمون‌ تجربی ابرریسمان وجود دارد و انتقاداتی هم بر «جنون ابر ریسمانی» وارد شده است. گر چه هنوز میان امید‌های ابر ریسمان و دستاور‌دهای آن شکاف بزرگی هست، ولی از ادعای گستاخانه این نظریه، که می‌خواهد تمام فیزیک بنیادی را توضیح بدهد، نمی‌توان چشم پوشید .
بگذارید کار را با مرور بر زمینه‌ای شروع کنم که سرچشمه ابرریسمان از آن است. از زمان کشف بوزونهای پیمانه‌ای ضعیف ±Z0 ,W در برخورد دهنده‌ی پروتون - پادپروتون سرن در سال 1983 تاکنون هیچ یک از فیزکدان‌های ذرات بنیادی به طور جدی در اساس اعتبار مدل استاندارد شک نکرده‌اند؛ این مدل، کرومودینامیک کوانتومی (QCD) برهم کنش‌های قوی را با مدل گلاشو - اینبرگ - سلام برای برکنش‌های الکتروضعیف تلفیق می‌کند. در این که مدل استاندارد نارسا است و بایستی بسط داده شود تا چندین مسئله اساسی را حل کند، اتفاق نظر وجود دارد. این مسائل را می‌توان به سه دسته‌ی کلی تقسیم کرد، مسائل مربوط به وحدت، طعم، و جرم؛ مسئله وحدت عبارت از این که گر چه برهم کنش‌های مربوط به ذرات بنیادی ساخت‌های متشابهی دارند که بر نظریه‌های پیمانه‌ای مبتنی است، ولی به وسیله‌ی گروه‌های پیمانه‌ای متمایز U(1)، SU(2) ، SU(3) با جفتیدگی‌های پیمانه‌ای مستقل از هم توصیف می‌شوند و این چیزی نیست که از دیدگاه اینشتین نظریه میدان وحدت یافته شمرده شود. مسئله طعم عبارت است از فهم تنوع و فراوانی ظاهری گونه (طعم)‌های ذرات بنیادی ماده – حداقل شش کوارک و شش لپتون - و نیز نسبت‌های ظاهراً تصادفی جرم‌های آن‌ها، و شدت‌های نسبی بر هم کنش‌های ضعیف جریان‌های باردار گوناگونی درآن‌ها، که معمولاً با زوایای اختلاط کبیبو – کوبایاشی ماسکاوا توصیف می‌شود. مسئله مربوطه به جرم عبارت است از پی بردن به منشأ جرم کوارکها و لپنونها و ذرات ±Z0 ,W و نیز درک این مطلب که چرا این جرم‌ها تا این حد از مقیاس ظاهراً بنیادی جرم در فیزیک، یعنی جرم پلانک Mp≈1019GeV وابسته به گرانش کوچک ترند . (ثابت عمومی گرانش G برابر است با )
یک رهیافت مطلوب برای مسئله وحدت، رهیافت وحدت بزرگ بوده است: برهم کنش‌های قوی، ضعیف و الکترومغناطیسی، که به کلی با هم فرق دارند، در یک گروه پیمانه‌ای ساده با یک تک جفتیدگی پیمانه‌ای در هم اذغام می‌شوند. وحدت بزرگ برای آنکه بتواند اختلاف قابل ملاحظه‌‌ی میان جفتیدگی‌های قوی و الکتروضعیف را توضیح بدهد تنها باید در انرژی‌ها بسیار زیاد (تقریباً GeV 1015 ) تحقق بپذیرد. نظریه‌های وحدت بزرگ موفقیت‌هایی هم داشته‌اند؛ خصوصاً در محاسبه زاویه اختلاط ( θ )جریان ضعیف خنثی و پیشگویی جرم کوارک ته. ولی هیچ یک از پدیده‌های با اهمیت و جدیدی که ن. و. ب منادی آن‌هاست - مانند واپاشی پروتون ، تک قطبی‌های مغناطیسی، یا جرم نوترینو هنوز به طور متقاعد کننده‌ای مشاهده نشده‌اند. گر چه این ناکامی‌ها برخی از الگو‌های وحدت بزرگ را مشکوک کرده است اما نمی‌توان فکر کلی آن را رد کرد، زیرا برونیابی‌های بیش از اندازه در جهت انرژی‌های زیاد و عدم قطعیت‌های نظری امکان پیشگویی‌ها قابل اعتماد را نمی‌دهد.
یک رهیافت به مسئله طعم این است که فرض کنیم کوارک‌ها و لپتون‌های به ظاهر بنیادی در حقیقت اجسام مرکبی هستند متشکل از ذرات بنیادی‌تری به نام پریون که بر هم کنش‌ها جدید اب رقوی آن‌ها به یکدیگر می‌پینوندند. تا کنون هیچ گواه تجربی بر وجود چنین زیر ساختاری به دست نیامده است (یعنی هیچ ضریب شکلی برای کوارک و یا هیچ لپتون برانگیخته‌ای مشاهده نشده است) و این امر حاکی از آن است که ابعاد ذاتی کوراک‌ها و لپتون‌ها کوچک‌تر از 17-10 سانتی‌متر است؛ این طولی است که به اعتبار اصل عدم قطعیت با انرژی‌های بیش از 1TeV متناظر است. ساختن نظریه‌ای سازگار که جرم حالت‌های مفید آن چندین مرتبۀ بزرگی کوچکتر از انرژی بستگی آن‌‌ها باشد بسیار دشوار است و خیلی از مدل‌هایی که برای دینامیک پریونی ارائه شده، به همان پیچیدگی کوارک‌ها ولپتون‌هایی‌اند که می‌خواهند توضیحشان بدهند. بنابراین این مدل‌ها برای ما جاذبه‌ی چندانی ندارند، به خصوص که از نظر فلسفی هم خیلی ساده لوحانه‌اند - لایه‌ای دیگر از پیاز کیهانی. مسئله جرم در مدل استاندارد با فرض وجود یک بوزن بنیادی هیگز H با اسپین صفر حل می‌شود که ضریب جفتیدگی‌اش با سایر ذرات gHf جرم آن‌ها را معین می‌کند:mf gHf. سازگاری نظری مدل واینبرگ – سلام، وجود دست کم یک بوزون هیگز فیزیکی را به جرم TeV1 ایجاب می‌کند، کار اصلی شتاب دهنده‌ی LEP که در سرن ساخته شده است، تولید و مشاهده این ذره است البته مشروط برآنکه جرم این ذره کمتر از حدود GV 100 باشد. متأسفانه پیش گویی جرم بوزون هیگز خیلی دشوار است. نظریه مستعد پذیرش تصحیحاتی است که ممکن است از هر مقدار معقول فیزیکی خیلی بزرگتر، و حتی به بزرگی مقیاس وحدت بزرگ و با جرم پلانک باشد. یک راه برای کنترل این قبیل تصحیحات این بوده که بوزون هیگز را مرکب به شمار بیاوریم اما نظریه‌ای مبتنی بر این فکر در توضیح جرم کوارک‌ها و لپتونها با مشکل روبرو شدند و اکنون به آنها توجهی نمی‌شود. پایدار کردن جرم هیگز این است که برای ذرات شناخته شده مجموعه‌ی کاملی همراه‌های ابر تقارنی فرض کنیم، تا تصحیحات اضافی جرم هیگز حذف شود. به این منظور ذرات ابر تقارنی باید جرم‌هایی در حدود ≤ TeV1 داشته باشند. جستجوی این ذرات تا انرژی‌های حدود 50 GeVناموفق بوده است (البته سوای چند نشانه نادرست). اگر بتوان ابر تقارن را موضعی کرد، یعنی اگر بتوان تبدیلات ابر تقارنی را در نقاط مختلف فضا متفاوت در نظر گرفت (درست شبیه تقارنهای متداول نظریه های پیمانه‌ای)، آن وقت باید گرانش را نیز به حساب آورد و یک نظریۀ ابر گرانش ساخت. مدتی است که بسیاری از نظریه دان‌ها این راه را چارچوب مناسبی برای بررسی فیزیک ذرات دانسته‌اند.

نقش ابعاد

ابر گرانش ساده، به تنهایی یک نظریۀ وحدت یافته نیست و در مورد مسائل وحدت و طعم حرف تازه ای ندارد، گر چه می توان آن را با رهیافت‌هایی که قبلاً برای این مسائل ذکر شده تلفیق کرد. برای این که بشود خود ابر گرانش را وحدت یافته ترکرد یا باید ابر تقارنهای بیشتری را فرض کرد و یا این که نظریه را مجدداً در فضا- زمانی با ابعاد بیشتر صورت بندی کرد و یا هر دو کار را انجام داد. متأسفانه هیچ کس نمی داند که چگونه می‌توان نظریه‌ای ارائه داد که بیش از یک ابر تقارن داشته باشد و بتواند میان چپ و راست تبعیض قائل شود یعنی همان طور که در بر هم کنش ضعیف مشاهده می‌شود، پاریته را نقض می‌کند. علاوه بر این، به دشواری می‌توان نظریه‌ای را که بدواً در فضایی بیش از چهار بعد صورتبندی شده است طوری پرداخت که وقتی ابعادش به چهار بعد فیزیکی کاهش می یابد، پاریته را نقض کند. انجام این کار مشروط بر آن است که از نظریه ایی شروع کنیم که دارای میدانهای پیمانه‌ای با ابعاد زوج باشد. بزرگترین بعد زوجی که در آن می‌توان یک نظریه ابر گرانش تدوین کرد، ده است، بنابراین این نظریه ابر گرانش ده بعدی عزیمتگاهی طبیعی برای وحدت بخشیدن به ماده و نیروها خواهد بود. متأسفانه چنین به نظر می‌رسد که ابر گرانش ده بعدی، به عنوان یک ن.ه.چ. نهایی، بی معنی است زیرا تصحیحات کوانتومی آن به بی نهایت‌های غیر قابل کنترل می‌انجامد و تقارن پیمانه‌ای نظریه را نقض می‌کند؛ به لفظ اهل فن، این نظریه باز بهنجارش پذیر نیست و نابهنجاریهایی دارد. در این مرحله بود که گرین وشوارتز با ابر ریسمان به نجات نظریه آمدند.
نظریه‌های ابر ریسمان، تقریبا 30 سال است که مطرح شده‌اند. این نظریه‌ها در آغاز برای ذرات با بر هم کنشهای قوی ارائه شدند. در حوالی 1974 که QCD به عنوان نظریه پیمانه‌ای اساسی بر هم کنشهای قوی پذیرفته شد و معلوم شد که ریسمانهای بوزونی (ابر ریسمانها) را فقط در یک فضا – زمان 26 (یا10) بعدی می‌توان به طور سازگار تدوین کرد، نظریه‌های ریسمان کنار گذاشته شدند. ولی تقریباً در همان زمان معلوم شد که بر هم کنش ذرات بی جرم نظریۀ ابر ریسمان ده بعدی شبیه بر هم کنش گراویتونها، یعنی ذرات پیمانه‌ای متداول (یاتگ – میلز) و همراهان ابر تقارنی آنها در ده بعدند ؛ آنگاه پیشنهاد شد که ابر ریسمان را باید به عنوان یک نظریه کوانتومی گرانش تعبیر کرد. ولی به هیچ وجه روشن نبود که نظریه ابر ریسمان ، صرف نظر از متناهی بودن، دست کم باز بهنجارش پذیر باشد؛ به علاوه تصور می شد که این نظریه به طور کلی نا بهنجاری داشته باشد. کار مهم گرین و شوارتز این بود که معلوم کردند هر گاه دامنه های تک - حلقه ای ابر ریسمان، با هر یک از دو گروه پیمانه‌ای داخلی (32)O یا محاسبه شود، هیچ بینهایت یا نابهنجاریی وجود نخواهد داشت.کشف آنها این امید را زنده کرد که شاید بتوان ابر ریسمان را جداً یک نظریه کوانتومی گرانش و یک ن.ه.چ. ای به شمار آوردکه متناهی است، اما هنوز مانده است که این مطلب اثبات شود.
ذرات در نظریۀ ابر ریسمان ، مدهای نوسان یک شیء یک بعدی – ریسمان - در فضایی با یک بعد زمان و نه بعد مکان‌اند. این نظریه، یک مدل مرکب و متداول ذرات نقطه‌ای نیست. طیف کامل آن شامل حالتهای برانگیخته بسیار زیادی است. مربع جرم آنها بر حسب یکاهای ، کوانتومی شده اند. این نظریه ابر متقارن است و پایین ترین هماهنگ (هارمونیک)های آن، که در تقریب اول بی جرم‌اند، تمام اعداد کوانتومی و بر هم کنشهای نظریه ابر گرانش ده بعدیی را که ذکر شد دارند. ظاهراً صورتبندی ابر ریسمان، چند قدمی از فیزیک چهار بعدی انرژیهای<GeV100 که حد امکانات فنی و مالی آزمایشهای امروزی است، فاصله دارد.

نقش توپولوژی

عده‌ی زیادی از نظریه دان‌های ذرات بنیادی، برای برقراری ارتباط با واقعیت خط مشی‌ای را اختیار کرده‌اند که خیلی زیاد بر زمینه‌های ریاضی متکی است. روش متداول این است که ابتدا مدهای برانگیخته نظریه ابر ریسمان حذف می‌شود و نظریه ابر گرانش ده بعدیی (که به آن اشاره شد) به دست می‌آید که علی الاصول با دنباله‌ای نامنتاهی از جملات بر هم کنش‌های مرتبۀ بالاتر، با ضرایبی از مرتبۀ تکمیل شده است. به دلایل تاریخی این روش به گرفتن حد شیب صفر مشهور است. قدم بعدی پس از رسیدن به نظریه‌ی ابر گرانش ده بعدی، عبارت است تقلیل تعداد ابعاد فضا - زمان به چهار که با «فشردن» شش بعد اضافی صورت می‌گیرد. در حال حاضر سعی بر آن است که بتوان نظریه ابر ریسمان را مستقیماً «فشرد» و نظریه ابر گرانش چهار بعدی را به دست آورد، یعنی مرحله میانی این گرانش ده بعدی را حذف کرد. پیشرفت‌های در این زمینه حاصل شده است. نوع خمینه‌ای که این ابعاد اضافی را در هم می‌پیچد مقید به سه معیار اساسی است. فضا - زمان چهار بعدی حاصل باید فضایی باشد با بیشترین تقارن تا احتمالاً بتواند جهانی را که می‌بینم توصیف کند؛ ابر تقارن باید حفظ شود تا بتوان مسئلۀ جرم را به نحوی که قبلاً توصیف شد مهار کرد و بالاخره نظریه مؤثر جهار بعدی باید بتوانند پاریته را نقض کند.
یک راه مطلوب برای حصول دو شرط اول عبارت است از فشردن خمینه‌ای که ریاضیدان‌ها آن که خمینه (مانیفولد) کلی- یاو می‌نامند. این خمیه فضای فشرده‌ای است با شش بعد حقیقی که آن‌ها را می‌توان دو به ‌دو جفت کرد و به صورت سه بعد مختلط در نظر گرفت. خاصیت منحصر به فرد چنین فضایی این است که نظریه ما در هر نقطه این فضا نسبت به دوران‌های یکانی فضای مختلط سه بعدی ناورداست. این دوران‌ها گروهی را تشکیل می‌دهند موسوم به گروه هولونومی. گروه هولونومی خمیه کلبی - یاو گروه SU(3) است. شرط سوم، ظاهراً مدل‌های ابرریسمانی را که گروه پیمانه‌ای داخلی آن‌ها O(32) است، از رده خارج می‌کند: تنها مدل‌های می‌توانند به بر هم کنش‌هایی بینجامند که در چهار بعد پاریته را نقض می‌کنند. چنانچه این گروه را اخیتار کنیم، از در هم فشردن خمیه‌ کلبی - یاو، یک گروه پیمانه‌ای چهار بعدی به دست می‌آید که زیر گروهی از 6E است [E خود یکی از گروه‌های نظریه وحدت بزرگ (ن.و.ب) است] ؛ به علاوه، ذرات مادیی خواهیم داشت که به صورت مجموعه‌های 27 تایی اند و تقارن و E6 آن‌ها را به هم مربوط می‌کند. هر کدام از این مجموعه‌ها 27 ذره‌ای حاوی کورارک‌ها و لپتونهای ن.و.ب. اند و ذرات اضافی دیگری هم دارند از جمله کوارک دیگری با بار 3/1- دو چندتایی هیگز، و یک جفت میدان خنثی، که یکی از آنها واجد تمام خواصی است که از یک نوترینوی راستگرد انتظار می‌رود. بعداً به پدیده شناسی این ذرات اضافی خواهیم پرداخت. تعداد این نسل‌ها 27 بعدی 6E را توپولوژی خمینه، خاصه تعداد سوراخ‌ها بسلا، که همان عدد اولر مربوط به فضای فشرده شده است تعیین می‌کند. در حالت کلی، میدان‌های کم جرم تعدادشان را کمیت‌های توپولوژیک دیگری تعیین می‌کند؛ این کمیت‌ها به اعداد بتی موسومند و تعبیر فیزیک ظریفتری دارند. گر چه بیشتر محققان خمینه‌ی کلبی – یاو را ترجیح می‌دهند، ولی خمینه‌های دیگری هم برای فشردن وجود دارد که به لحاظ پدیده شناسی جالب توجهند و به گروه‌های SO(10) یا SU(5) ن.و.ب منجر می‌شوند در این موارد نیز، اعداد توپولوژیک، تعداد انواع ذرات مادی سبک را تعیین می‌کنند..
توپولوژی علاوه بر این ساز و کار جدیدی برای شکستن تقارن پیمانه‌ای به دست می‌دهد،که تعمیمی است از نظریه‌های پیمانه‌ای غیر آبلی – اثر بوم – آهارونوف. میدانهای پیمانه‌ای روی خمینه ممکن است چنان به نظر بیایند که گویی یک لوله شار مغناطیسی غیر آبلی از «سوراخ» می‌گذرد. میدان‌های مادی که سوراخ را دور می‌زنند با یک عامل فاز تبدیل می‌شوند؛ درست مانند اثر بوم آهارونوف در الکترودینامیک کوانتومی گروه پیمانه‌ای شکسته نشده، که تا انرژی‌های کم در چهار بعد جان سالم به ‌در برده است، گروهی خواهد بود که تحت همۀ عامل‌های فاز وابسته به این سوراخ‌ها ناوردا باقی می‌ماند. اگر فشردن روی خمینه‌ کلبی – یاو انجام شود، این گروه پیمانه‌ای بازمانده، دست کم شامل یک بوزون پیمانه اضافی (اضافه بر آنچه در مدل استاندارد وجود دارد) است، که مشخصات پدیده‌ شناختی آن در زیر بحث خواهد شد.
توپولوژی نقش با اهمیت دیگری نیز در نظریه مؤثر دارد و آن محدودیت شدیدی است که بر خود جفتیدگی‌های میدان‌های مادی اعمال می‌کند. بعضی از این جفتیدگی‌ها ممکن است حتی به دلایل توپولوژیکی صفر شوند، و احتمالاً سرنخی در مورد الگوی جرم کوارک‌ها و لپتونها به دست بدهند. جای تعجب نیست که پدیده‌شناسان ذرات بنیادی مشتاقانه به کتاب‌های ریاضی رو آورده‌اند؛ که توپولوژی ممکن است جواب مسئله طعم را هم بدهد.
نظریۀ چهار بعدی مؤثری که بعد از تمام این تمهیدات توپولوژیکی به آن می‌رسیم یک نظریۀ ابر گرانش ساده با یک خاصیت نسبتاً انحصاری است: انرژی میدان آن کاملاً مستقل از مقدار بعضی میدان‌هاست. این قبیل نظریه‌های ابر گرانش بی مقیاس، قبلاً به عنوان چارچوب محتملی برای تعیین دینامیکی مقیاس جرم بر هم کنش‌های ضعیف پیشنهاد شده بود. فکر اصلی این بود که تخت بودن پتانسیل مؤثر در امتداد‌های معین از میدان به وسیله ی تصحیحات کوانتومی نقض شود، که با این کار می‌توان برای میدان‌هایی که قبلاً نامعین بودند مقداری قائل شد که از لحاظ انرژی مرجح است. بدین طریق امید می‌رود که بتوان به سلسه مراتب 1>> دست یافت و سرانجام مسئله جرم را حل کرد.
برای آنکه این مدل کار آمد باشد، لازم است که ابر تقارن نقض شود و این چیزی است که تاکنون با جد و جهد مراقبش بوده‌ایم. یک فکر مقبول این است که ابرتقارن به طور خود به خود توسط برهم کنش‌های قوی در دومین گروه پیمانه‌ای پنهان شکسته شود، و این سبب می‌شود که فرمیونهایی که همراهان ابر تقارنی برون‌های پیمانه‌ای پنهان به شمار می‌روند، در خلأ بچگالند؛ خیلی شبیه به چگالش کوارکها در کرومودینامیک کوانتومی و چگالش جفت‌های کوبر در ابررسانایی. حتی اگر چنین رویدادی واقع شد، نه می‌دانیم که مقیاس نقض ابرتقارن را چگونه معین کنیم و نه این که این مقیاس نقض ابر- تقارن را چگونه معین کنیم و نه این که این مقیاس چه ربطی به جرم‌های ابرذرات «قابل مشاهدۀ» فیزیکی یعنی اسکوارکها ( ) اسلپتونها ( ) ، گلوئینوها( )، فوتینوها ( ) و غیره دارد. در این اوضاع نظریه مؤثر انرژی‌های کم دارای ساختار عام یک نظریه پیمانه‌ای ابر متقارن خواهد بود که با جرم‌های کوچک و ناقض ابر تقارن این ابر ذراتی که هنوز دیده نشده‌اند تکمیل شده است.

به سوی آزمون‌های تجربی

گرچه بسیاری از جنبه‌های مدل بالا ناروشن و تردید آمیز است ولی این باعث نشده است که بعضی افراد خوش بین از مطالعه آثار ممکن نظریۀ ابرریسمان و در انرژی‌های کم دست بر دارند. چنانکه در بالا ذکر شد، فشرده سازی کلبی – یاو، دست کم به یک بوزون پیمانه‌ای خنثی، علاوه بر آن چه در مدل استاندارد وجود دارد، منجر می‌شود، ولی ممکن است این بوزون در مدل‌های دیگر فشرده سازی وجود نداشته باشد. این واقعیت که در برخورد دهندۀ PP آزمایشگاه سرن هیچ بوزون پیمانه‌ای خنثی دیگری همواره Z0 مشاهده نشده است، بدین معنی است که جرم این بوزون باید دست کم 110 GeV باشد. ولی آثار غیر مستقیم آن ممکن است، حتی قبل از خود آن، قابل آشکار سازی باشد. مثلاً این بوزون می‌تواند با Z0 مدل استاندارد مخلوط شود و جرم آن را کم کند توافق جرم مشاهده شده Z با مقدار پیشگویی شده در مدل استاندارد‌ها حاکی از آن است که جرم بورزون پیمانه‌ای خنثی باید دست کم GeV200 باشد .این حد پایین حتی محدود کننده‌تر از حدی است که از توافق اندازه‌گیری‌های جریان خنثی در انرژی‌های کم با پیش گویی‌های مدل استاندارد به دست می‌آید. اندازه‌گیری‌های دقیق خواص 0Z در برخورد‌های –e+e در برخورد دهنده خطی SLAC (مرکز شناب دهندۀ خطی استانفورد) یا LEP بهترین چشم انداز را برای پیش برد دانش ما در این زمینه، ارائه می‌دهند.
اکنون به میدان‌های مادی اضافی نظریۀ ابر ریسمان در انرژی‌های کم بر می‌گردیم. نوترینو‌های راستگرد، یکی از مسائل احتمالی‌اند. این ذرات آهنگ انبساط جهان را در هنگام سنتز هسته‌ای اولیه تغییر می‌دهند و موفقیت‌های محاسبات کلاسیک مربوط به فراوان ذرات سبک را از بین می‌برند مگر این که جرمشان خیلی بیشتر از نوترینوهای چپگرد معمولی باشد و یا اینکه بر هم کنشی بسیار ضعیف با ذرات مادی معمولی داشته باشند. چون معلوم نیست که از چه راه می‌توان جرم زیادی به نوترینوهای راستگرد منتسب کرد، سعی بر آن بوده است که میزان ضعیف بودن برهم‌کنش آن‌ها برآورد شود؛ معنی این کار تخمین حد پایین کیهان شناختی برای جرم بوزون پیمانه‌ای اضافی است. اینکه جرم این بوزون چقدر باید باشد، مسئله‌ای است که هنوز مورد بحث است، ولی حد پایینی در حدود چند صد GeV محتمل به نظر می‌رسد . این مطلب الزاماً مایۀ نگرانی مدل سازان نیست، اگرچه ممکن است کشف ذرات جدید ابر ریسمانی را به تعویق بیندازد.
یکی از واضحترین نشانه‌های ویژه ابرریسمان در انرژی کم می‌توان «کوارکهای»ی اضافی با بار 3/1- باشد که در هر کدام از نسل‌های 6E ظاهر می‌شوند. کلمۀ «کوارک» به این خاطر در گیومه قرار داده شده است که بر هم کنش‌های آن مانند کوارک‌های متعارف نیست. ناوردایی نسبت به 6E ایجاب می‌کند که این کوراک یا مستقیماً با دوپاد کوراک متعارف جفت شود یا با یک کوراک و یک لپتون. این کوراک نمی‌تواند هر دوجفتیدگی را در آن واحد داشته باشد، زیرا در این صورت پایستگی اعداد باریونی و لپتونی نقض می‌شود و پروتون به سرعت وا می‌پاشد . این که ابر ریسمان چگونه از این فاجعه جلو گیری می‌کند راز دیگری است، اما اگر فرض کنیم که این کار را می‌کند، آن وقت نشانه‌ی جدید برای ابر ریسمان به دست می‌آید. « کوارک‌ها»ی اسکالر جدید می‌توانند یا به یک جفت کوراک متعارف واپاشند، که در آزمایش به صورت یک جفت جت هادرونی آشکار می‌شوند، و یا به یک لپتون و یک کوارک که به صورت یک لپتون و یک جت هادرونی آشکار می‌شوند.
پدیده ‌شناسی ابرریسمان موضوع خیلی جدیدی است و هنوز نمی‌توان به جزئیات مدل کلی بالا اعتماد کرد. پرسش‌های بی ‌جواب و مسائل تکنیکی فراوانی در این نظریه وجود دارد؛ به آسانی می‌توان این همه اشتیاق و انحصار طلبی هوادارن آن را به سخره گرفت. اما چند سال پیش در یکی از این فالنامه‌هایی که در جعبه‌های شکلات می‌گذارند خواندیم که:« در این دنیا تنها خوش‌بین‌ها هستند که توفیقی نصیبشان می‌شود.» گر چه ممکن است بسیاری از جنبه‌های مدل بالا غلط از آب در بیاید، ولی افکار جدید دارند با چنان آهنگی وارد فیزیک ذرات می‌شوند که از زمان رنسانس نظریه‌‌ی پیمانه‌ای در سال 1971 نظیر نداشته است. ریاضیات انگیزه فهم و فراست ما شده و پدیده‌های جدید بسیاری به فکر ما راه یافته ‌است که همکاران آزمایشگرمان می‌توانند به جستجوی آن‌ها بپردازند. اسرار طبیعت را نمی‌توان با استدلال محض کشف کرد، باید در انتظار دستاورد تجربی بزرگی بود، ابر ریسمان هیچ که نباشد، تخته سنگ کنار افتاده‌ای را به ما نشان می‌دهد که ممکن است حیات جدید و جالب توجهی در زیر آن نهفته باشد.