Научный взгляд на устройство вселенной
жүктеу/скачать 8,11 Mb. Pdf көрінісі
|
knocking on
часть теоретической работы уже проделана. Когда у нас появляют- ся новые идеи о том, что можно поискать, мы, естественно, с ними связываемся. Для этого нам не обязательно лететь в Европейский центр ядерных исследований и общаться лично. Да и ученых можно найти где угодно — как на территории США, так и почти в любом уголке мира. Телекоммуникации сегодня очень развиты и прекрасно работают, отчасти благодаря тому открытию, которое много лет назад в том же CERN привело Тима Бернерса-Ли к соз- данию Интернета. Кроме того, я знаю слишком много о том, какие серьезные пре- пятствия могут возникнуть перед учеными в таком поиске, даже после того как БАК будет выведен на рабочий режим. Поэтому я понимаю, что результатов, возможно, придется какое-то время подождать. К счастью для нас, только что описанные KK-моды оставляют за собой одну из самых понятных и очевидных сигна- тур, так что искать их одно удовольствие. KK-гравитоны распа- даются на любые частицы — в конце концов, каждая частица ис- пытывает на себе силу тяготения, — поэтому экспериментаторы могут сосредоточиться на тех конечных состояниях, которые легче всего распознать. Однако следует отметить две причины, по которым поиск мо- жет оказаться более сложным, чем предполагалось первоначаль- но, и по которым нам, возможно, придется подождать результатов, даже если идея сама по себе верна. Один из этих моментов заключается в том, что другие пер- спективные модели свернутой геометрии, возможно, дают менее четкие экспериментальные сигнатуры, обнаружить которые на- много труднее. Эти модели описывают структуры, лежащие в ос- нове наблюдаемых событий: в данном случае структура включает в себя дополнительные измерения и браны. Они также предла- гают конкретное приложение общих принципов, воплощенных в этой структуре. Наш первоначальный сценарий предполагал, что по многомерному пространству распространяется только гра- витация. Однако позже некоторые из нас разработали на основе 404 МОДЕЛИ, ПРЕДСКАЗАНИЯ И ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ первой модели новые сценарии. В этих альтернативных сценариях не все частицы находятся на бранах, а это означает существова- ние дополнительных KK-частиц — ведь каждая частица много- мерного пространства должна иметь свои KK-моды. Оказывается также, что обнаружить другие KK-частицы намного сложнее. Воз- никшая проблема стала стимулом для новых активных исследо- ваний; ученые искали способы увидеть и распознать эти не столь явные сценарии. Наши теоретические исследования будут полез- ны для поиска не только KK-частиц, но и любых других энергич- ных массивных частиц, которые, возможно, будут фигурировать в каких-то новых моделях. Другая причина, по которой поиск KK-частиц может оказаться затруднен, состоит в том, что сами KK-частицы могут оказаться тя- желее, чем мы надеемся. Нам известен примерный диапазон масс для этих частиц, но точных значений мы пока не знаем. Если KK- частицы легкие, то на БАКе мы без труда получим их в изобилии и обнаружить их будет несложно. Но если эти частицы тяжелее, чем нам кажется, то БАК произведет их совсем немного. А если они окажутся еще тяжелее, то не исключено, что на БАКе их во- обще нельзя будет получить. Иными словами, для получения но- вых частиц и новых взаимодействий понадобятся более высокие энергии, чем те, которые мы сможем получить. В случае БАКа с его фиксированной длиной туннеля и ограниченным энергетическим диапазоном это всегда было поводом для беспокойства. Я как теоретик мало что могу по этому поводу сделать. Энергия БАКа такова, какова она есть. Но мы можем попытаться «поймать» легкие признаки существования дополнительных измерений, даже если KK-моды окажутся слишком тяжелыми. Когда мы с Патриком Мидом проводили расчеты вероятности рождения многомерных черных дыр, мы обращали внимание не только на отрицательный общий результат — гораздо более низкую частоту рождения чер- ных дыр, чем утверждалось первоначально. Мы думали и о том, что произойдет, если гравитация в многомерном пространстве сильна, но никаких черных дыр не возникнет. Мы задались вопро- сом, можно ли на БАКе получить хоть какие-то интересные при- знаки многомерной гравитации, и обнаружили, что даже без но- ВАКАНТНОЕ МЕСТО ТОП-МОДЕЛИ 405 вых частиц и экзотических объектов, таких как черные дыры, экспериментаторы, по идее, должны получить заметные откло- нения от предсказаний Стандартной модели. Открытие, конечно, не гарантируется, но экспериментаторы постараются выжать все, что можно, из существующей установки и детекторов. Другие те- оретики в более продвинутых исследованиях придумали и пред- ложили усовершенствованные методики поиска KK-мод, рассчи- танные в том числе и на тот случай, если частицы Стандартной модели обитают в многомерном пространстве. Существует также вероятность, что нам повезет и масштаб масс новых частиц и взаимодействий окажется меньше, чем мы предполагаем. Если это так, то мы не только обнаружим KK-моды раньше, чем ожидалось, но и сможем наблюдать другие новые яв- ления. Если теория струн представляет собой фундаментальную теорию природы, а масштаб новой физики не слишком велик, то БАК сможет даже произвести — в дополнение к KK-частицам и новым взаимодействиям — дополнительные частицы, связан- ные с колебаниями базовых струн. При более традиционных пред- положениях эти частицы были бы слишком тяжелыми. Но свер- нутая геометрия дает надежду на то, что некоторые моды струн окажутся легче, чем предполагалось, и смогут появиться при сла- бых взаимодействиях. Ясно, что у свернутой геометрии немало интересных возмож- ностей, и мы с нетерпением ожидаем появления эксперимен- тальных результатов. Следствия такой геометрии, если они будут обнаружены, изменят наши представления о природе Вселенной. Но мы сможем узнать о том, которая из этих возможностей вер- на (если таковая имеется), лишь после того как БАК сделает свое дело. КРАТКИЙ ИТОГ Проводимые в настоящее время на БАКе эксперименты прове- ряют все идеи, изложенные в этой главе. Мы надеемся, что если хотя бы какая-то из этих моделей верна, то признаки этого вско- ре появятся. Может быть, появятся прямые доказательства, такие 406 МОДЕЛИ, ПРЕДСКАЗАНИЯ И ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ как KK-моды, а может быть, будут отмечены лишь небольшие от- клонения от процессов Стандартной модели. Так или иначе, и те- оретики, и экспериментаторы сейчас настороже и ждут. Всякий раз, когда на БАКе фиксируется (или не фиксируется) какое-либо явление, диапазон возможностей сужается. И если нам повезет, одна из предложенных гипотез может оказаться верной. Узнавая больше о том, что происходит на БАКе и как работают детекторы, мы, можно надеяться, узнаем больше и о том, как расширить воз- можности коллайдера. По мере появления экспериментальных данных теоретики попытаются интерпретировать их в свете име- ющихся гипотез. Мы не знаем, сколько придется ждать, прежде чем мы начнем получать ответы; это естественно, потому что мы не знаем в точ- ности, какими могут оказаться массы и взаимодействия. Кое-ка- кие открытия могут быть сделаны уже в ближайшие год-два. Дру- гих, возможно, придется ждать лет десять. Для некоторых, вполне возможно, потребуются более высокие энергии, чем когда-либо будут получены на БАКе. Ждать, конечно, тяжело и тревожно, но результаты, скорее всего, будут потрясающими и оправдают все усилия. Не исключено, что они трансформируют наши пред- ставления о фундаментальной природе реальности — или хотя бы о природе вещества, из которого все мы состоим. Когда результаты будут получены, перед нами, возможно, откроются новые миры. Не исключено, что уже при нашей жизни взгляд человечества на Вселенную сильно изменится. |