Қара саңыраудың кванттық сипаттамасы: Жұпсарылар гипотезасы

Кіріспе

Қара тесіктердің кванттық сипаттамасы

Фузболл – жалпы салыстырмалылық теориясы болжаған қара тесіктердің толық кванттық сипаттамасын беруге бағытталған суперструна теориясындағы гипотетикалық нысандар. Фузболл гипотезасы қара тесіктің ортасындағы сингулярлықтан құтылуға мүмкіндік береді, өйткені қара тесіктің оқиға көкжиегінің ішіндегі барлық аймақ кеңейтілген нысан болып табылады: материя мен жарықтың негізгі құрылыс блоктары саналатын, жіптердің жиынтығы. Сызықтық теория бойынша, жіптер – бұл кеңістіктің үш өлшемінде де, қосымша өлшемдерде де күрделі түрде дірілдейтін энергия жиынтығы. Фузболлдар қара тесік физикасындағы екі маңызды ашық мәселені шешеді. Біріншіден, олар қара тесіктің оқиғалар көкжиегіндегі гравитациялық сингулярлықтан қашады. Жалпы салыстырмалылық теориясы сингулярлықта кеңістік-уақыттың қисықтығы шексіз болады деп болжайды және оған түсетін материя мен энергияның тағдырын анықтай алмайды. Физиктер сингулярлықтың нақты құбылыс емес деп санайды және кванттық гравитация теориялары, мысалы суперструна теориясы, оның нағыз табиғатын түсіндіруі күтілуде. Екіншіден, олар қара тесік ақпарат парадоксын шешеді: қара тесікке түскен материяның кванттық ақпараты оқиғалар көкжиегінің артында қалып, Хокинг сәулеленуі салдарынан қара тесік буланып кеткенде ғаламнан толығымен жоғалып кетеді. Бұл кванттық ақпараттың сақталуын қажет ететін кванттық механиканың негізгі заңын бұзуға әкеледі. Қазірге дейін тікелей эксперименттік деректер жалпы алғанда сызықтық теорияны немесе әсіресе фузболлдарды қолдамайды, сондықтан екеуі де таза есептеулер мен теориялық зерттеулердің нәтижесі болып табылады. Дегенмен, фузболлдың болуы гравитациялық толқын астрономиясы арқылы тексерілуі мүмкін.

Сызық теориясы және композиция

Огайо штатының университетінің профессоры Самир Д. Матур 2001-2012 жылдар аралығында, докторантурадан кейінгі зерттеуші Олег Луниннің көмегімен сегіз ғылыми мақала жариялады, ол алғашқы екі мақаланың авторы болды. Мақалаларда қара тесіктердің шар тәрізді, кеңейтілген нысандар екендігі, белгілі бір көлемге ие екендігі және жіптерден тұратыны айтылады. Бұл қара тесіктерге қатысты классикалық көзқараспен қарама-қарсы келеді, онда олардың ортасында сингулярлық бар, ол нөлдік өлшемді, нөлдік көлемді нүкте болып есептеледі, онда қара тесіктің барлық массасы шексіз тығыздықпен шоғырланған, ал оны көптеген шақырым қашықтықта жарықтан шыға алмайтын оқиғалар көкжиегі қоршап тұрады. Сызықтық теорияның барлық түрлеріндегі атомдық емес бөлшектердің негізгі құрамдас бөліктері, соның ішінде күш тасымалдаушылар (мысалы, фотондар мен глюондар) – энергияның жіптері болып табылады, олар әртүрлі режимдер мен жиіліктерде дірілдеу арқылы өзінің ерекшеліктерін және сәйкес массаларын алады. Фузболл тұжырымы IIB типі деп аталатын суперсызықтық теорияның нақты бір түріне негізделген (сондай-ақ, Сызықтық дуалдылығын қараңыз), онда жіптер «ашық» (екі ұшы бар) және «жабық» (ілмектелген) болып келеді, сонымен қатар 9+1 кеңістік-уақыт өлшемдері бар, онда алты қосымша кеңістіктік өлшемнің бесеуі «жинақыланған». Қара тесіктерді сингулярлық ретінде қарастырудан өзгеше, кішкентай фузболл тығыз нейтронды жұлдыз ретінде қарастырылуы мүмкін, онда нейтрондар фазалық өтуден өтіп, ыдырайды, оларды құрайтын кварктарды босатады. Осыған сәйкес, фузболлдар дегенерацияланған материяның соңғы фазасы деп есептеледі. Матур фузболлдың физикалық бетінің радиусы классикалық қара тесіктердің оқиғалар көкжиегінің радиусына тең екенін есептеді; демек, 6,8 күн массасы бар жұлдыздық массасы бар қара тесіктің (немесе фузболлдың) Шварцшильд радиусы спиннің әсерін ескермегенде 20 шақырымды құрайды. Ол сондай-ақ фузболлдың оқиғалар көкжиегінің өте кішкентай масштабта (вероятно, бірнеше Планк ұзындығының шамасында) тұманға ұқсайтынын анықтады: бұлдыр, сондықтан «фузболл» деп аталды. Классикалық модельдегі қара тесіктерде оқиғалар көкжиегінен өтіп, сингулярлыққа қарай қозғалған объектілердің қисық кеңістік-уақыттағы қашықтық жылдамдығы жарық жылдамдығынан асып түсетін аймаққа енетіні есептеледі – мұндай аймақта ешқандай құрылым болмайды. Сонымен қатар, дәл сингулярлықта – классикалық қара тесіктің ядросында – кеңістік-уақыттың өзі катастрофалық түрде бұзылады деп есептеледі, өйткені шексіз тығыздық шексіз қашықтық жылдамдығын талап етеді; мұндай жағдайлар белгілі физикамен үйлеспейді. Алайда, фузболл тұжырымы бойынша материя мен фотондарды құрайтын жіптер фузболлдың бетіне түсіп, сіңіріледі деп есептеледі, ол оқиғалар көкжиегінде орналасқан – қашықтық жылдамдығы жарық жылдамдығына жететін шек. Фузболл – қара тесік; кеңістік-уақыт, фотондар және фузболлдың бетіне өте жақын емес барлық нәрсе классикалық қара тесіктердің моделіне ұқсас әсер етеді, олардың ортасында сингулярлық бар. Екі теория тек кванттық деңгейде ғана ерекшеленеді; яғни классикалық қара тесіктер мен фузболлдар тек ішкі құрамымен және олардың оқиғалар көкжиегіне жақын қалыптасатын виртуалды бөлшектерге тигізетін әсерімен ерекшеленеді (төменде қараңыз). Фузболлдың жақтастары оның қара тесіктердің нақты кванттық сипаттамасы екенін санайды.

Samir D. Mathur of The Ohio State University published eight scientific papers between 2001 and 2012, assisted by postdoctoral researcher Oleg Lunin, who contributed to the first two papers. The papers propose that black holes are sphere like extended objects with a definite volume and are composed of strings. This differs from the classic view of black holes in which there is a singularity at their centers, which are thought to be a zero dimensional, zero volume point in which the entire mass of a black hole is concentrated at infinite density, surrounded many kilometers away by an event horizon below which light cannot escape. All variations of string theory hold that the fundamental constituents of subatomic particles, including the force carriers (e. g., photons and gluons), are actually strings of energy that take on their identities and respective masses by vibrating in different modes and frequencies. The fuzzball concept is rooted in a particular variant of superstring theory called Type IIB (see also String duality ), which holds that strings are both "open" (double ended entities) and "closed" (looped entities) and that there are 9 + 1 spacetime dimensions wherein five of the six extra spatial dimensions are "compactified". Unlike the view of a black hole as a singularity, a small fuzzball can be thought of as an extra dense neutron star in which the neutrons have undergone a phase transition and decomposed, liberating the quarks comprising them. Accordingly, fuzzballs are theorized to be the terminal phase of degenerate matter. Mathur calculated that the physical surfaces of fuzzballs have radii equal to that of the event horizon of classic black holes; thus, the Schwarzschild radius of a ubiquitous 6.8 solar mass stellar mass class black hole—or fuzzball—is 20 kilometers when the effects of spin are excluded. He also determined that the event horizon of a fuzzball would, at a very tiny scale (likely on the order of a few Planck lengths), be very much like a mist: fuzzy, hence the name "fuzzball." With classical model black holes, objects passing through the event horizon on their way to the singularity are thought to enter a realm of curved spacetime where the escape velocity exceeds the speed of light—a realm devoid of all structure. Moreover, precisely at the singularity—the heart of a classic black hole—spacetime itself is thought to break down catastrophically since infinite density demands infinite escape velocity; such conditions are problematic with known physics. Under the fuzzball premise, however, the strings comprising matter and photons are believed to fall onto and absorb into the fuzzball's surface, which is located at the event horizon—the threshold at which the escape velocity has achieved the speed of light. A fuzzball is a black hole; spacetime, photons, and all else not exquisitely close to the surface of a fuzzball are thought to be affected in precisely the same fashion as with the classical model of black holes featuring a singularity at its center. The two theories diverge only at the quantum level; that is, classic black holes and fuzzballs differ only in their internal composition and how they affect virtual particles that form close to their event horizons (see , below). Fuzzballs are thought by their proponents to be the true quantum description of black holes.

Тығыздықтары

Фузболдың тығыздығы бөлшек кернеудің әсерінен массасының артуымен төмендейді. Материя немесе энергия (сымдар) фузболға түскен кезде, оған жай ғана сымдар қосылмайды; сымдар бірігіп немесе қосылады. Осылайша, түскен сымдардың барлық кванттық ақпараты үлкен, күрделі сымдардың құрамына енеді. Бөлшек кернеуге байланысты, сымдардың кернеуі олардың көбірек тербеліс режимдерімен күрделенген сайын экспоненциалды түрде төмендейді, сондай-ақ айтарлықтай ұзындыққа дейін босаңсайды. Матур мен Луниннің сап теориясы формулалары Шварцшильд радиусына дәл тең келетін фузболдың беттік радиусын береді, оны Карл Шварцшильд 87 жыл бұрын мүлдем басқа математикалық тәсілмен есептеген. Фузболдың көлемі Шварцшильд радиусының функциясы болғандықтан (айналмайтын қара тесік үшін 2953 метр), фузболдың айнымалы тығыздығы олардың массасының кері квадратына пропорционалды түрде төмендейді (масса екі еселенсе, диаметрі екі еселенеді, көлемі сегіз есе артады, ал тығыздық төрттен біреуге азаяды). Типикалық фузболдың орташа тығыздығы 4,0-қа тең болады. Бұл орташа көлемдік тығыздық; нейтрон жұлдыздары, Күн және оның планеталары сияқты, фузболдың тығыздығы бетінде (тығыздығы аз) және ортасында (тығыздығы жоғары) өзгереді. Айналмайтын, су тамшысының көлемімен тең фузболдың бөлігінің орташа массасы жиырма миллион метрикалық тоннаға жетеді, бұл диаметрі 243 метр болатын гранит шардың массасына тең. Мұндай тығыздықтар көзге көрінбейтіндей болса да, математикалық тұрғыдан алғанда, олар шексіз тығыздықтан өте алыс. Типикалық жұлдыздық массалы фузболдардың тығыздығы жоғары болғанымен (нейтрон жұлдыздарымен шамалас), олардың тығыздығы Планк тығыздығынан (5.155) әлдеқайда төмен, бұл бір атом ядросының көлеміне сыйымды ғаламның массасына тең. Фузболдың орташа тығыздығы (және классикалық қара тесіктердің тиімді тығыздығы) массасының кері квадратына пропорционалды түрде төмендейтіндіктен, одан да үлкен фузболдар ең төмен тығыздыққа ие нейтрон жұлдыздарынан да жеңіл болады. Масса тығыздығының кері квадраттық заңына сәйкес, фузболдың көзге көрінбейтін тығыздыққа ие болуы міндетті емес. Барлық галактикалардың ортасында кездесетін супермассивті қара тесіктердің тығыздығы шамалы болуы мүмкін. Мысалы, біздің Галактикамыздың ортасындағы Сақиналы А* қара тесігінің массасы 4,3 миллион күн массасына тең. Бұдан қатар, 3,9 миллиард күн массасына ие айналмайтын супермассивті фузболдың радиусы 77 астрономиялық бірлікке жетеді – шамамен Күн жүйесінің гелиосферасының аяқталу шоғымен тең, ал орташа тығыздығы теңіз деңгейіндегі Жер атмосферасының тығыздығымен (1,2 кг/м3) шамалас.

Fuzzballs become less dense as their mass increases due to fractional tension. When matter or energy (strings) fall onto a fuzzball, more strings are not simply added to the fuzzball; strings fuse, or join. In doing so, all the quantum information of the infalling strings becomes part of larger, more complex strings. Due to fractional tension, string tension exponentially decreases as they become more complex with more vibration modes, relaxing to considerable lengths. The string theory formulas of Mathur and Lunin produce fuzzball surface radii that precisely equal Schwarzschild radii, which Karl Schwarzschild calculated using an entirely different mathematical technique 87 years earlier. Since the volume of fuzzballs is a function of the Schwarzschild radius (2953 meters per for a non rotating black hole), fuzzballs have a variable density that decreases as the inverse square of their mass (twice the mass is twice the diameter, which is eight times the volume, resulting in one quarter the density). A typical fuzzball would have a mean density of 4.0. This is an average, or mean, bulk density; as with neutron stars, the Sun, and its planets, a fuzzball's density varies from the surface where it is less dense, to its center where it is most dense. A bit of such a non spinning fuzzball the size of a drop of water would, on average, have a mass of twenty million metric tons, which is equivalent to that of a granite ball 243 meters in diameter. Though such densities are almost unimaginably extreme, they are, mathematically speaking, infinitely far from infinite density. Although the densities of typical stellar mass fuzzballs are extreme—about the same as neutron stars—their densities are many orders of magnitude less than the Planck density (5.155), which is equivalent to the mass of the universe packed into the volume of a single atomic nucleus. Since the mean densities of fuzzballs (and the effective densities of classic black holes) decrease as the inverse square of their mass, fuzzballs greater than are actually less dense than neutron stars possessing the minimum possible density. Due to the mass density inverse square rule, fuzzballs need not even have unimaginable densities. Supermassive black holes, which are found at the center of virtually all galaxies, can have modest densities. For instance, Sagittarius A*, the black hole at the center of our Milky Way galaxy, is 4.3 million The fuzzball model predicts that a non spinning supermassive black hole with the same mass as Sagittarius A* has a mean density "only" 51 times that of gold. Moreover, at 3.9 billion (a rather large super massive black hole), a non spinning fuzzball would have a radius of 77 astronomical units—about the same size as the termination shock of the Solar System's heliosphere—and a mean density equal to that of the Earth's atmosphere at sea level (1.2 kg/m3).

Нейтрон жұлдызының ыдырауы

Қара тесіктер (немесе фузболлдар) әр түрлі жолдармен пайда болады, олардың көпшілігі суперновалар, килоновалар және гиперновалар сияқты өте күшті масса шығару оқиғалары болып табылады. Дегенмен, аккрециялық нейтрон жұлдызы (серік жұлдыздан массаны баяу сіңіріп алу) Mmax деп белгіленген шекті массаны асып кеткен жағдайда, кенеттен және салыстырмалы түрде тыныш құлдырап, қара тесікке немесе фузболлға айналады. Мұндай құлдырау нейтрон жұлдыздары мен фузболлдардың физикалық қасиеттерінің айырмашылықтарын зерттеуде пайдалы оқу материалы болып табылады. Нейтрон жұлдыздарының максималды мүмкін массасы бар, ол Толман-Оппенгеймер-Волкофф шегі деп аталады; бұл шек нақты белгілі емес, бірақ ол шамамен 2 мен 3 аралығында деп есептеледі. Егер нейтрон жұлдызы бұл массадан асып кетсе, нейтронның дегенерациялық қысымы гравитация күшіне қарсы тұра алмайды және жаңа физикалық процесс басталарға дейін ол жылдам құлдырайды. Классикалық жалпы салыстырмалылық теориясында құлдыраған нейтрон жұлдызы шекті тығыздыққа жетеді және оқиға көкжиегін қалыптастырады; сыртқы әлемге қарағанда ол қара тесікке айналады, ал құлдырау гравитациялық сингулярлыққа қарай жалғасады. Фузболл моделі бойынша, оның ядросындағы адрондар (нейтрондар және, мүмкін, протондар мен мезондардың шамалы мөлшері) дегенерациялық материяның соңғы сатысы деп есептелетін нәрсеге ыдырайды: фузболл моделі болжағандай, жіптерден тұратын шар – бұл қара тесіктердің ғана емес, сонымен қатар кварк материясынан құралған теориялық кварк жұлдыздарының да нақты кванттық сипаттамасы.

Ақпарат парадоксы

Классикалық қара тесіктер физика үшін қара тесіктің ақпараттық парадоксы деп аталатын мәселе тудырады; фузболл гипотезасы бойынша мұндай парадокс жоқ. Парадоксты алғаш рет 1972 жылы Джейкоб Бекенштейн көтерген, кейіннен Стивен Хокинг танымал еткен. Ақпарат парадоксы кванттық механиканың кванттық ақпарат сақталуы керек деген қағидасынан туындайды, бұл жалпы салыстырмалылық теориясының талабымен қайшы келеді, егер қара тесіктердің орталықтарында сингулярлық болса, кванттық ақпарат кеңістік-уақыттан жойылуы керек. Бұл парадокс екі өте әртүрлі теорияның арасындағы қайшылық ретінде қарастырылуы мүмкін: ғаламдағы ең үлкен гравитациялық құбылыстарды сипаттайтын жалпы салыстырмалылық теориясы және ең кішкентай құбылыстарды сипаттайтын кванттық механика. Фузболл теориясы бұл кернеуді шешуге тырысады, өйткені ол негізделген IIB типті суперструна теориясы – гравитацияның кванттық сипаттамасы, супергравитация болып табылады. Жақын маңындағы серік жұлдыздың жұлдыздық атмосферасымен (протон, нейтрон және электрон) қоректенген қара тесік, егер ол кванттық механиканың белгілі заңдарына бағынса, тек көрші жұлдыздардың жарығымен (фотон) және ғарыштық микротолқындық фонмен қоректенген басқа қара тесікке қарағанда әртүрлі кванттық құрамы болуы керек. Бұл классикалық және кванттық физиканың негізгі қағидасына сәйкес келеді, яғни жүйенің бір уақыттағы күйі оның кез келген уақыттағы күйін анықтауы керек. Дегенмен, жалпы салыстырмалылық теориясының классикалық қара тесіктерге қатысты салдары сөзсіз: екі қара тесік материя мен жарықтың түсуіне байланысты үлкендейтінінен басқа, олардың кванттық құрамында ешқандай айырмашылық болмайды, өйткені егер сингулярлықтардың көлемі нөл болса, қара тесіктердің кванттық құрамы болмайды. Сонымен қатар, кванттық ақпарат сингулярлықтарда жойылмаса да, ол шексіз гравитациялық күшке қарсы көтеріліп, оқиғалар көкжиегіне дейін және одан да асып түсе алмайды, онда ол қалыпты кеңістікте өзін көрсете алады. Бұл «шаш жоқ теоремасы» деп аталады, ол қара тесіктер сыртқы бақылаушыларға массасынан, бұрыштық импульсінен және электр зарядынан басқа ештеңе көрсете алмайды дейді, соңғы екеуі теориялық түрде суперрадианс деп аталатын құбылыс арқылы анықталуы мүмкін. Стивен Хокинг кванттық эффектілер қара тесіктерді қара тесіктің массасына кері пропорционалды тиімді температурасы бар қара дене сәулелендіргіштер ретінде көрсетеді деп көрсетті. Бұл сәулелену, қазір Хокинг сәулеленуі деп аталады, шаш жоқ теоремасын айналып өте алмайды, өйткені ол тек қара тесіктің массасын ғана көрсете алады. Барлық практикалық мақсаттар үшін Хокинг сәулеленуі анықталмайды (төмендегі §Теорияның тексеру мүмкіндігі). Теориялық тұрғыдан алғанда, Матур мен Лунин ұсынған фузболл теориясы Хокинг формуласынан асып түседі, ол Хокинг сәулеленуінің қара дене температурасы мен оны шығаратын қара тесіктің массасы арасындағы байланысты анықтайды. Фузболл теориясы кванттық ақпарат сақталуы керек деген талапты қанағаттандырады, өйткені ол, ішінара, фузболға түскен струналардың кванттық ақпараты, бұл струналар фузболдың кванттық құрамына сіңген кезде сақталады деп санайды. Теорияда бұдан әрі, фузболдың кванттық ақпараты оның бетінде ғана емес, сонымен қатар оқиғалар көкжиегінің туннельдік бұрмалануы арқылы өрбіп, Хокинг сәулеленуіне түсірілуі мүмкін, бұл ақпаратты өте баяу түрде тұрақты кеңістікке шығарады, шығатын кванттардың нәзік корреляциялары түрінде.

Classical black holes create a problem for physics known as the black hole information paradox; there is no such paradox under the fuzzball hypothesis. The paradox was first raised in 1972 by Jacob Bekenstein and later popularized by Stephen Hawking. The information paradox is born of a requirement of quantum mechanics that quantum information must be conserved, which conflicts with general relativity's requirement that if black holes have singularities at their centers, quantum information must be extinguished from spacetime. This paradox can be viewed as a contradiction between two very different theories: general relativity, which describes the largest gravity based phenomena in the Universe, and quantum mechanics, which describes the smallest phenomena. Fuzzball theory purports to resolve this tension because the Type IIB superstring theory it is based on is a quantum description of gravity called supergravity. A black hole that fed primarily on the stellar atmosphere (protons, neutrons, and electrons) of a nearby companion star should, if it obeyed the known laws of quantum mechanics, grow to have a quantum composition different from another black hole that fed only on light (photons) from neighboring stars and the cosmic microwave background. This follows a core precept of both classical and quantum physics that, in principle, the state of a system at one point in time should determine its state at any other time. Yet, general relativity's implications for classic black holes are inescapable: Other than the fact that the two black holes would become increasingly massive due to the infalling matter and light, no difference in their quantum compositions would exist because if singularities have zero volume, black holes have no quantum composition. Moreover, even if quantum information was not extinguished at singularities, it could not climb against infinite gravitational intensity and reach up to and beyond the event horizon where it could reveal itself in normal spacetime. This is called the no hair theorem, which states that black holes can reveal nothing about themselves to outside observers except their mass, angular momentum, and electric charge, whereby the latter two could theoretically be revealed through a phenomenon known as superradiance. Stephen Hawking showed that quantum effects will make black holes appear to be blackbody radiators with effective temperatures inversely proportional to the mass of a black hole. This radiation, now called Hawking radiation, cannot circumvent the no hair theorem as it can reveal only a black hole's mass. For all practical purposes, Hawking radiation is undetectable (see §Testability of the theory, below). In a purely theoretical sense, the fuzzball theory advanced by Mathur and Lunin goes beyond Hawking's formula relating the blackbody temperature of Hawking radiation and the mass of the black hole emitting it. Fuzzball theory satisfies the requirement that quantum information be conserved because it holds, in part, that the quantum information of the strings that fall onto a fuzzball is preserved as those strings dissolve into and contribute to the fuzzball's quantum makeup. The theory further holds that a fuzzball's quantum information is not only expressed at its surface but tunnels up through the tunneling fuzziness of the event horizon where it can be imprinted on Hawking radiation, which very slowly carries that information into regular spacetime in the form of delicate correlations in the outgoing quanta.

Теорияның сыналуы

Тікелей эксперименттік дәлелдер Жіп теориясын немесе Фузбол теориясын қолдамайтындықтан, екеуі де таза есептеулер мен теориялық зерттеулердің нәтижесі болып табылады. Ғылыми әдіспен толық сәйкес болу үшін және бір күні, Эйнштейннің арнайы және жалпы салыстырмалылық теориялары сияқты, кеңінен шындық деп қабылдану үшін, табиғатқа қатысты теориялар табиғатты бақылау арқылы үнемі расталатын болжамдар жасауы керек. Супертізбе теориясы табу қиын бөлшектердің бар екенін болжайды, олар белсенді түрде ізделсе де, әлі анықталған жоқ. Сонымен қатар, Фузбол теориясы Хокинг сәулеленуіне қатысты болжамдарын байқау арқылы растау мүмкін емес, өйткені сәулеленудің өзі практикалық тұрғыдан анықталмайды. Дегенмен, Фузбол теориясын гравитациялық толқын астрономиясы арқылы тексеруге болады. Барлық бозондар (мысалы, фотондар) және бозонға ұқсас сфермиондар тығыз жиналғанда бір-бірімен оңай жабысады, ал фермиондар мен массасы бар гаугиноларға ұқсас фермиондар (мысалы, электрондар, протондар және кварктер) – жабыспайды. Осы себепті, егер суперсеріктер бар болса, олардың қасиеттері Стандартты модельдегі әріптестерінен ерекше болады. Мысалы, фотон – бұл 1-ге тең бүтін спині бар, массасыз бозон және Стандартты модельде электромагнетизмнің тасымалдаушысы. Оның суперсерігі – фотоно деп аталатын, 1/2-ге тең жартылай бүтін спині бар, массаны тасымалдайтын фермион болады деп болжанады. Керісінше, электрон (спин 1/2) – массаны тасымалдайтын фермион, ал оның суперсерігі – спин 0-ге тең селектрон, бұл массасыз бозон, бірақ негізгі күш тасымалдаушысы емес. Суперсеріктердің эксперименталды түрде табылуы Супертізбе теориясын нығайтады және қазіргі бөлшектер физикасындағы олқылықтарды толтыруға көмектеседі, мысалы, қара материяның ықтимал құрамы және мюонның аномальды магниттік моменті (ол дәл 2-ге тең болуы керек, бірақ 2.00233184-ке жуық, бұл жасырын өзара әрекеттесулерді көрсетеді). Сондықтан бөлшектер физиктері осы суперсеріктерді іздестіруде. Космологиялық әсерлерге сүйенсек, қандай да бір қара материяның бар екеніне күшті дәлелдер бар (қара материя: байқау дәлелдері), бірақ егер ол субатомдық бөлшектерден тұрса, онда бұл бөлшектерді 1986 жылдан бері қолданылып келе жатқан түрлі анықтау әдістеріне қарамастан табу өте қиын болып келеді. Суперсимметриялық бөлшектерді анықтаудағы бұл қиындық бөлшектер физиктері үшін күтпеген нәрсе емес, өйткені ең жеңілдері тұрақты, электрлік бейтарап және Стандартты модель бөлшектерімен әлсіз өзара әрекеттеседі деп есептеледі. Фузбол теориясы жалпы салыстырмалылық теориясы мен кванттық механика арасындағы ұзаққа созылған қайшылықты шешеді, кванттық ақпарат Фузболдарда сақталады және Фузболдың бетінен жоғары орналасқан Планк шкаласының кванттық көбігінен шыққан Хокинг сәулесі бұл ақпаратпен нәзік кодталады деп санайды. Бірақ, практикалық тұрғыдан алғанда, Хокинг сәулесін анықтау мүмкін емес, өйткені қара тесіктер оны астрономиялық түрде төмен қуат деңгейінде шығарады және Хокинг сәулесін құрайтын жеке фотондардың энергиясы өте аз. 2015 жылы GW150914 деп аталатын, жұлдыздық массалы қара тесіктердің жұптарының бірігуінен туған гравитациялық толқындардың алғашқы тікелей анықталуынан бері, гравитациялық толқын сигналдары классикалық қара тесіктерге қатысты жалпы салыстырмалылық теориясының болжамдарымен сәйкес келеді, олардың орталықтарында сингулярлық бар. Алайда, 2021 жылы компьютерлік симуляциялар жүргізген итальяндық ғалымдар тобы қазіргі гравитациялық толқын обсерваториялары бинарлық қара тесіктердің бірігуінен (және сақиналарға тигізетін әсерінен) туған сигналдардағы Фузбол теориясын қолдайтын дәлелдерді анықтай алады деп ұсынды, себебі Фузболдар физикалық құрылымы бар кеңейтілген нысандар. Команданың симуляциялары кейбір тербеліс режимдерінің күтілгеннен баяу ыдырауын болжады, сондай-ақ бұрынғы сақина тербелістерінен туған "эхолардың" үстемдігін көрсетті.

As no direct experimental evidence supports either string theory or fuzzball theory, both are products purely of calculations and theoretical research. To be in full accordance with the scientific method and one day be widely accepted as true—as are Einstein's theories of special and general relativity—theories regarding the natural world must make predictions that are consistently affirmed through observations of nature. Superstring theory predicts the existence of highly elusive particles that, while they are actively being searched for, have yet to be detected. Moreover, fuzzball theory cannot be substantiated by observing its predicted subtle effects on Hawking radiation because the radiation itself is for all practical purposes undetectable. However, fuzzball theory may be testable through gravitational wave astronomy. All bosons (e. g., photons) and the boson like sfermions will readily overlap each other when crowded, whereas fermions and the fermion like gauginos possessing mass (such as electrons, protons, and quarks) will not; this is one reason why superpartners—if they exist—have properties that are exceedingly different from their Standard Model counterparts. Take the example of the photon, which is a massless boson with an integer spin of 1 and is the carrier of electromagnetism in the Standard Model; it is predicted to have a superpartner called a photino, which is a mass carrying fermion with a half odd integer spin of 1/2. Conversely, the electron (spin 1/2) is an example of a mass carrying fermion where its superpartner is the spin 0 selectron, which is a massless boson but is not considered to be a primary force carrier. The experimental detection of superpartners would not only bolster superstring theory but would also help fill gaps in current particle physics, such as the likely composition of dark matter and the muon's anomalous magnetic moment (it should be precisely equal to 2 and is instead about 2.00233184, suggesting hidden interactions); particle physicists have accordingly been searching for these superpartners. Based on cosmological effects, there is strong evidence for the existence of dark matter of some sort (see Dark matter: Observational evidence), but if it is composed of subatomic particles, those particles have proven to be notoriously elusive despite the wide variety of detection techniques that have been employed since 1986. This difficulty in detecting supersymmetric particles is not surprising to particle physicists since the lightest ones are believed to be stable, electrically neutral, and interact weakly with the particles of the Standard Model. Fuzzball theory resolves a long standing conflict between general relativity and quantum mechanics by holding that quantum information is preserved in fuzzballs and that Hawking radiation originating within the Planck scale quantum foam just above a fuzzball's surface is subtly encoded with that information. As a practical matter, however, Hawking radiation is virtually impossible to detect because black holes emit it at astronomically low power levels and the individual photons constituting Hawking radiation have extraordinarily little energy. Ever since the first direct detection of gravity waves, a 2015 event known as GW150914, which was a merger between a binary pair of stellar mass black holes, gravity wave signals have so far matched the predictions of general relativity for classical black holes with singularities at their centers. However, an Italian team of scientists that ran computer simulations suggested in 2021 that existing gravity wave observatories are capable of discerning fuzzball theory supporting evidence in the signals from merging binary black holes (and the resultant effects on ringdowns) by virtue of the nontrivial unique attributes of fuzzballs, which are extended objects with a physical structure. The team's simulations predicted slower than expected decay rates for certain vibration modes that would also be dominated by "echoes" from earlier ring oscillations.