Закрученные пассажи: Проникая в тайны скрытых размерностей пространства.
Шрифт:
И самое замечательное, что благодаря конкретным предсказаниям масс суперпартнеров нашу идею можно было проверять. Очень важным свойством уединенного нарушения суперсимметрии является то, что несмотря на чрезвычайно малые размеры дополнительных измерений, порядка 10– 31 см, что всего лишь в сто раз превосходит крохотный планковский масштаб длины, существуют видимые следствия. Это противоречит стандартной идее, что только много большие измерения могут иметь видимые следствия, благодаря модифицированному закону тяготения или новым тяжелым частицам.
Хотя действительно верно, что мы не видели ни одного из экспериментальных следствий в условиях, когда дополнительные измерения малы, гравитон передает калибрино нарушение суперсимметрии весьма специфическим образом, что поддается точному подсчету, ибо известны гравитационные взаимодействия
Это очень обнадеживает. Если физики откроют суперпартнеров, они смогут затем определить, согласуются ли соотношения между их массами с тем, что мы предсказываем. Эксперимент по поиску этих калибровочных суперпартнеров находится в стадии подготовки на Тэватроне — протон-антипротонном коллайдере в лаборатории им. Э. Ферми, Иллинойс. Если нам повезет, мы узнаем результаты в течение ближайших нескольких лет [139] .
В конце концов и Раман, и я были в разумной степени уверены, что нам удалось открыть что-то интересное. Но у каждого из нас оставалось беспокойство. Я немного боялась, что такую интересную идею, если она верна, не могли проглядеть, и что нам нужно еще убедиться, что мы не пропустили какой-то скрытой ошибки в нашей модели. Раман также думал, что идея слишком хороша, чтобы ее просметрели. Но он был уверен, что все правильно, и боялся только, что подобная идея в физической литературе уже была, а мы ее пропустили.
139
Эксперименты на Тэватроне не привели к обнаружению суперсимметричных частиц. В настоящее время (2010 г.) все надежды физиков связаны с начавшим работу самым мощным Большим адронным коллайдером в ЦЕРНе (см. сноску на стр. 24). — Прим. пер.
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] .
140
Ранее близкие идеи в теории струн рассматривали Джон Эллис, Костас Куннас и Дмитрий Нанопулос.
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.
• Частицы могут быть уединены на разных бранах.