Лиза Рэндалл - Закрученные пассажи: Проникая в тайны скрытых размерностей пространства.
29. На самом деле симметрия вращает браны, переводя их друг в друга, но это находится за рамками технического уровня этой книги.
30. Обычно массы калибрино находятся в отношении 1:3:30, причем фотино является самой легкой частицей, следующими идут вино (хотя зино могут быть немного тяжелее или легче, чем вино), а глюино — самые тяжелые. В уединенных моделях это отношение равно 1:2:8, причем вино — самые легкие, фотино тяжелее, а глюино опять самые тяжелые.
31. Волновые функции мод Калуцы — Клейна — это те моды, которые возникают в обобщенном фурье-разложении многомерной волновой функции.
32. Это предполагает также, что в геометрии пространства-времени отсутствуют сингулярности, т. е. места, где пространство-время сжимается до нулевого размера.
33. Д. Кремадес, С. Франко, Л. Ибаньес, Ф. Марчесано, Р. Рабадан и А. Уранга предложили интересную альтернативу. Их идея состоит в том, что частицы закреплены не на индивидуальных бранах, а на пересечениях разных бран. Как и в случае разделенных параллельных бран, простирающиеся между бранами струны должны быть в общем случае тяжелыми. Но легкие или безмассовые частицы возникают от струн нулевой длины, которые в этом случае были бы прикреплены к области, где происходит пересечение бран.
34. Мы можем также показать это несколько иным способом с помощью более математизированного рассуждения. Когда имеются свернутые измерения, силовые линии, исходящие от массивного объекта, ведут себя на малых расстояниях согласно закону тяготения в пространстве с большим числом измерений, а на больших расстояниях — согласно четырехмерному закону тяготения. Единственный способ согласовать два закона силы и гладко переключиться от одного к другому состоит в том, чтобы заметить, что на расстояниях, примерно соответствующих размерам дополнительных измерений, силовые линии расходятся так, как будто существуют только четыре измерения, но с интенсивностью, подавленной за счет дополнительного объема свернутого пространства. За пределами размера дополнительных измерений гравитация ведет себя четырехмерно, но с интенсивностью, подавленной за счет размытия по объему дополнительных измерений.
Ньютоновский закон тяготения утверждает, что когда имеются три пространственных измерения, сила пропорциональна
1/MPl2 x 1/r2
Если существуют п дополнительных измерений, то закон силы примет вид
1/Mn+2 x 1/rn+2
где М определяет интенсивность тяготения в пространстве большего числа измерений, аналогично тому, как МPl определяет интенсивность четырехмерной гравитации. Заметим, что силовой закон в пространстве с дополнительными измерениями быстрее меняется как функция r, так как силовые линии расплываются по гиперсфере, поверхность которой имеет п + 2 измерения (в противоположность двумерной поверхности сферы, определяющей закон тяготения в трехмерном пространстве). Однако, когда объем дополнительных измерений конечен и п дополнительных измерений имеют размер R, закон силы примет вид
1/Mn+2 x 1/rn x1/r2
где r больше R, и силовые линии не могут более распространяться в дополнительных измерениях. Если осуществить отождествление МPl2 = Мп+2Rn, то это будет форма пространственно трехмерного закона силы. Так как Rп есть объем пространства дополнительных измерений, мы получаем, что интенсивность гравитационного взаимодействия уменьшается с объемом, или, что эквивалентно (так как интенсивность тяготения слабее, когда планковский масштаб энергии больше), планковский масштаб энергии большой, если объем большой.
35. Плоская метрика с тремя пространственными измерениями имеет вид
ds2 = dx2 + dy2 + dz2 — с2dt2.
Так как в ней нет никаких коэффициентов, зависящих от пространственных или временной переменных, измерения не зависят от того, где вы находитесь или в каком направлении смотрите. Можно сказать, что пространство-время полностью плоское. Все три пространственные координаты, а также временная координата (с точностью до знака минус, который всегда выделяет время) рассматриваются на равных основаниях. Это означает, что коэффициенты в слагаемых метрики полностью не зависят от положения во времени и пространстве.
36. Метрика закрученной геометрии имеет вид
ds2 = е -k|r| (dx2 + dy2 + dz2 — с2dt2) + dr2,
где г — координата пятого измерения. Это говорит нам о том, что при любом фиксированном положении в пятом измерении, соответствующем фиксированному значению г, пространство-время полностью плоское. Однако общий зависящий от г множитель указывает, что способ измерения размера меняется в соответствии с положением объекта в пятом измерении. Экспоненциальное уменьшение коэффициента, являющегося закручивающим конформным фактором, есть причина того, что функция вероятности гравитона экспоненциально уменьшается, а также того, почему мы должны менять масштаб массы, энергии и размера, чтобы получить единую четырехмерную эффективную теорию.
37. Так как пространство не является плоским, объем дополнительных измерений, возникающий при вычислении MPl в четырех измерениях, не равен просто MPl3R, как это было бы в случае плоского пространства. Теперь значение MPl зависит от кривизны. Если метрика имеет форму
ds2 = е -k|r| (dx2 + dy2 + dz2 — с2dt2) + dr2
где r — координата пятого измерения, то, приблизительно, MPl2 = М3/k. Иными словами, размер пространства в значительной степени безразличен. Это разумно, так как кривизна пространства, а не размер дополнительного измерения, определяет то, каким образом силовые линии распространяются в дополнительном измерении, и тем самым определяют интенсивность четырехмерной гравитации. На самом деле существует небольшая зависимость от R. Правильная формула имеет вид
MPl =M3 / k(1 — e-kR),
но когда kR велико, экспоненциальное слагаемое практически не существенно, и им можно пренебречь.
38. Закручивающий фактор в локально локализованной модели гравитации, которую предложили Андреас Карч и я, есть сумма уменьшающейся экспоненциальной функции (как в закрученных геометриях, которые мы уже рассматривали) и растущей экспоненциальной функции. Этот фактор пропорционален ch (kc — k|r|), где величина k связана с энергией балка, а величина с — с энергией браны. Аналогично закручивающему фактору локализованной гравитации, который мы уже рассматривали, этот закручивающий фактор экспоненциально уменьшается, если вы покидаете брану. Но в противоположность предыдущему случаю, закручивающий фактор резко меняет поведение и экспоненциально возрастает. Четырехмерный гравитон локализован в области между браной и этой «точкой разворота». Вне этого расстояния четырехмерная гравитация более неприменима.
39. При преобразовании T-дуальности радиус компактификации r меняется со своим обратным 1/r (расстояния при этом измеряются в единицах длины струны).
40. Однако физики Чаба Чаки, Джошуа Эрлих и Кристоф Грожан сделали интересное наблюдение, что скорость света и скорость гравитации могут различаться (в действительности скорость распространения гравитации может быть больше), если существует асимметрично закрученное пространство-время, в котором масштабы временной и пространственных координат вдоль пятого измерения отличаются друг от друга.
Примечания
1
Он должен быть красивым,
Потому что его так трудно увидеть.
«Битлз»
2
Речь идет о знаменитых бейсбольных командах из Бостона и Нью-Йорка. Кембридж — пригород Бостона, где находится Гарвардский университет. — Прим. пер.
3
Мы обсудим Стандартную модель подробнее в гл. 7. (Все сноски без пометы Прим. пер. принадлежат автору, за исключением сносок, содержащих перевод эпиграфов. — Прим. пер.)
4
Эта книга была впервые издана на англ. языке в 2006 г. По техническим причинам ввод в действие коллайдера был перенесен на сентябрь 2008 г. Вскоре после первого пробного включения 10 сентября 2008 г., во время которого протоны были успешно пропущены по всему кольцу в обе стороны (правда, с энергией всего 450 ГэВ), коллайдер был отключен из-за аварии в одном из сверхпроводящих магнитов. В ноябре 2009 г., после окончания ремонтных работ, пучок протонов успешно прошел по всему кольцу Большого адронного коллайдера. В марте 2010 г. энергия пучка протонов была доведена до 3,5 ТэВ и состоялись столкновения протонов с суммарной энергией 7 ТэВ. Это было началом первого сеанса научной работы БАК. Он продлится 18–24 месяца и будет иметь целью сначала «переоткрытие» частиц Стандартной модели, а затем систематические поиски бозона Хиггса. После этого БАК планируется остановить для подготовки к работе на энергии 14 ТэВ и поискам физики за рамками Стандартной модели. — Прим. пер.
