Лиза Рэндалл - Закрученные пассажи: Проникая в тайны скрытых размерностей пространства.

• Название: Закрученные пассажи: Проникая в тайны скрытых размерностей пространства.
• Автор: Лиза Рэндалл
• Издательство: Книжный дом «ЛИБРОКОМ»
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2011
• ISBN: 978-5-397-01371-0

Вселенная полна удивительных тайн. Возможно, она скрывает от нас дополнительные измерения, разительно отличающиеся от всего, что может себе представить наш здравый смысл, взращенный в обычном трехмерном пространстве. И хотя с каждым годом мы узнаем все больше и больше о нашем мире, сегодня как никогда ранее мы осознаем, что для понимания истинной природы Вселенной нам необходимо сделать еще очень многое.

Лиза Рэндалл принадлежит к разряду тех ученых, которые сами, своими собственными исследованиями совершают прорывы и раздвигают границы современной науки, пытаясь найти ответы на фундаментальные вопросы, поставленные природой.

Л. Рэндалл проводит нас через потрясающий мир закрученных дополнительных измерений, лежащих, возможно, в основе нашей Вселенной, и показывает путь, следуя которому мы сможем убедиться в их существовании.

Книга «Закрученные пассажи» увлекает читателя в удивительное путешествие, проводя его через цепочку открытий от начала двадцатого века до настоящих дней, объясняя суть противоречий между теорией относительности, квантовой механикой и гравитацией, описывая достижения физики элементарных частиц, проблему иерархии, скейлинг, Великое объединение, суперсимметрию, дополнительные измерения, параллельные миры, эволюцию струнных теорий и многое другое.

В непринужденной и занимательной форме Лиза Рэндалл беседует с читателем, раскрывая таинства сложной науки и увлекательно объясняя загадки мириад миров, существующих, возможно, рядом с тем миром, в котором мы живем и который мы только начинаем постигать.

Книга вызовет несомненный интерес как у специалистов естественно-научных дисциплин, так и у широкого круга читателей.

---

Он был недалек от истины. Аномальная передача нарушения суперсимметрии была независимо открыта примерно в то же время Джаном Джудиче из ЦЕРНа, Маркусом Люти из Мериленда, Хитоши Мураямой из Беркли и Рикардо Ратацци из Пизы, которые работали вместе тем же самым летом. Их статья вышла на следующий день после нашей. Их работа меня поразила. Я не могла понять, как две группы физиков одним и тем же летом проделали тот же самый извилистый путь сквозь идеи, но Раман правильно предположил, что у них могли быть похожие интересы. На самом деле мы оба были в определенном смысле правы. Хотя у другой группы были сходные идеи, их мотивация не была связана с дополнительными измерениями, а без них массы, порожденные аномальной передачей, были просто курьезом. Как Рикардо великодушно сказал физику Массимо Поррати, нашему общему другу, Раман и я сделали это лучше не потому, что наша версия аномальной передачи была более правильной, а потому, что у нас была причина, о которой любой бы заботился в первую очередь! Причиной были дополнительные измерения. Без них нарушение суперсимметрии не было бы уединено и массы, порожденные аномальной передачей, были бы затерты большими эффектами.

Другие физики также подключились потом к исследованию моделей уединенного нарушения суперсимметрии. Они нашли способы объединить этот подход с другими, более старыми идеями, чтобы построить еще более успешные модели, которые могли бы отражать реальный мир. Ученые даже нашли способы расширить идею уединения на четыре измерения.

Существует слишком много моделей, всех не перечислишь, поэтому позвольте отметить две идеи, которые я нахожу особенно интересными. Первая идея возникла из сотрудничества Рамана и Маркуса Люти. Они использовали идеи закрученной геометрии (описанной в гл. 20), чтобы заново переосмыслить следствия уединения в четырех измерениях. Руководствуясь этими идеями, они разработали новый класс четырехмерных моделей нарушения симметрии.

Другая интересная идея была названа калибровочной передачей. Идея состояла в том, чтобы передать нарушение суперсимметрии не через гравитон, а через калибрино, суперсимметричные партнеры калибровочных бозонов. Чтобы это работало, калибровочные бозоны и их партнеры не должны были быть зажаты на бране; они должны были иметь свободу передвижения по балку. Раман напомнил мне, что калибровочная передача была на самом деле одной из тех многих идей, которые мы ранее отбросили. Но блестящие моделестроители Дэвид Каплан, Грем Крибс и Мартин Шмальц, а также отдельно Захария Чако, Маркус Люти, Энн Нельсон и Эдуардо Понтон показали, что мы были слишком опрометчивы и что калибровочная передача может прекрасно работать при генерации нарушающих суперсимметрию масс, сохраняя при этом все преимущества уединенного нарушения суперсимметрии[140].

Уединение и сияющие массы

Уединенное нарушение симметрии — мощный инструмент для построения моделей. Реальный мир может содержать разделенные браны, и строя модели с учетом этого предположения, физики могут исследовать целый ряд возможностей.

В предыдущем разделе объяснялось, каким образом в теориях с суперсимметрией можно решить проблемы с меняющими аромат взаимодействиями. Но есть и другой вопрос, бросающий вызов строителю моделей в первую очередь — почему должны существовать разные ароматы кварков и лептонов с разными массами. Механизм Хиггса придает частицам их массы, но точные значения для каждого аромата различны. Это может быть правильным только в случае, когда каждый из ароматов взаимодействует по-разному с тем, что играет роль хиггсовской частицы. Поскольку три аромата каждого типа частиц, например кварки u, с и b, имеют в точности одинаковые калибровочные взаимодействия, возникает загадка, почему все они должны иметь разные массы. Чем-то они должны отличаться друг от друга, но физика частиц Стандартной модели не говорит нам, чем именно.

Мы можем пробовать строить модели, объясняющие разные массы. Но почти неизбежно любая модель будет также содержать нежелательные взаимодействия, которые будут менять ароматы. Нам требуется что-то, позволяющее безопасно различать ароматы, не порождая при этом проблемных взаимодействий.

Нима Аркани-Хамед и выходец из Германии физик Мартин Шмальц предположили, что различные частицы Стандартной модели живут на отдельных бранах, и это позволяет объяснить некоторые массы. Нима и Савас Димопулос обнаружили другую, еще более простую возможность. Они предположили, что существует брана, на которую были захвачены частицы Стандартной модели, и что взаимодействия между частицами на этой бране рассматривают все ароматы одинаково. Но при наличии только симметричных по ароматам взаимодействий, рассматривающих все ароматы одинаково, все частицы будут иметь точно одинаковые массы. Ясно, что мы можем объяснить разные массы только, если есть нечто, что воспринимает частицы по-разному.

Нима и Савас предположили, что другие частицы, ответственные за нарушение симметрии ароматов, были уединены на других бранах. Как и в случае уединенного нарушения суперсимметрии, нарушение симметрии ароматов может быть в этом случае связано с частицами Стандартной модели только через взаимодействия с частицами в балке. Если бы в балке существовало много частиц, взаимодействующих с частицами Стандартной модели, каждая из которых передавала бы нарушение симметрии ароматов от разных бран на разные расстояния, такая модель могла бы объяснить различие масс ароматов Стандартной модели. Нарушение симметрии, передаваемое от удаленных бран, индуцировало бы меньшие массы, чем нарушение симметрии, переданное от ближайших бран. Нима и Савас назвали свою идею сиянием, чтобы подчеркнуть этот факт. Так же, как свет кажется более тусклым, когда его источник находится дальше, эффект нарушения симметрии меньше, когда он порождается более далекой браной. В их сценарии различные ароматы кварков и лептонов будут различными, так как каждый из них будет взаимодействовать с разной браной на разном расстоянии.

Дополнительные измерения и уединение — новые захватывающие подходы к решению задачи в физике частиц. И не нужно на этом останавливаться. Недавно мы показали, что уединение может играть важную роль даже в космологии, науке об эволюции нашей Вселенной. Ясно, что нам еще предстоит открыть все достоинства вселенной (или мультивселенной), содержащей уединенные частицы, так что новые идеи еще придут.

Что нового

• Частицы могут быть уединены на разных бранах.

• Даже крохотные дополнительные измерения могут влиять на свойства наблюдаемых частиц.

• Уединенные частицы не обязательно подчиняются анархическому принципу. Не все взаимодействия обязательно происходят, так как удаленные частицы не могут взаимодействовать непосредственно.

• В модели, в которой частицы, участвующие в нарушении суперсимметрии, уединяются от частиц Стандартной модели, суперсимметрия может быть нарушена без введения взаимодействий, меняющих ароматы частиц.

• Уединенное нарушение суперсимметрии проверяемо на опыте. Если калибрино рождаются на коллайдерах большой энергии, мы можем сравнить массы калибрино и увидеть, согласуются ли их значения с предсказаниями.

• Уединенное нарушение симметрии ароматов может помочь объяснить различия в массах частиц.

Глава 18 Просачивающиеся пассажи: отпечатки дополнительных измерений

I was peeking

But it hasn’t been happened yet

I haven’t been given

My best souvenir I miss you

But I haven’t met you yet.

Bjork[141]

Афине пришлось признать, что она скучала по Икару. Даже несмотря на то что он часто ее раздражал, без него она чувствовала себя одинокой. Она с нетерпением ожидала приезда К. Квадрата, чей визит был запланирован в рамках студенческого обмена. Но ее соседи были напуганы предстоящим визитом, и Афину удивляла их ограниченность. Не имело значения, что он говорил на том же языке и вел себя так же, как все. к. Квадрат был чужестранцем, и в сложившейся обстановке этого было достаточно для того, чтобы переполошить соседей.

Когда Афина спросила соседей, почему они так испуганы, они ответили: «А что, если он пошлет за своими более тяжелыми родственниками? Что, если они не так хорошо воспитаны, как он, и придерживаются своих иностранных законов? и если они все сразу приедут, что случится тогда?»

К сожалению, Афина только подкрепила их опасения, сказав, что К. Квадрат и его родственники не могут в любом случае оставаться надолго, так как они все очень нестабильны, и семья К. Квадрата может совершать визиты только во время неразберихи на энергетических собраниях. Заметив, как неудачно она выразилась, Афина поспешила добавить, что во время их кратких и эмоциональных визитов иностранцы будут подчиняться местным законам. Афина убедила соседей и они все вместе вышли приветствовать клан К. Квадрата.