В нашем измерении гравитация слабая, а в дополнительных измерениях эта гравитация сильная. И оказалось, что хотя мы непосредственно не можем почувствовать эту сильную гравитацию в макроскопических опытах, но при высоких энергиях эта сильная гравитация может проявляться в процессах столкновения элементарных частиц на коллайдерах. Могут быть различные процессы…
Э.Б. Дело в том, что если только гравитационные взаимодействия могут распространяться вне мембраны, то тогда эти дополнительные измерения, хотя они и компактные, могут быть достаточно большими, и тогда обратный радиус будет очень маленьким. И поэтому на нашей мембране появляется вот это возбуждение, башня, о которой я говорил, с очень маленьким расстоянием между уровнями. И в этом случае, если у нас есть коллайдер ТэВных энергий, то может рождаться большое количество таких состояний. И это когерентное усиление могло бы приводить к видимым эффектам.
Это выглядело бы как процессы с нарушением энергии, например, когда испускается в каком-то процессе такая башня гравитационных взаимодействий в одну сторону, а в другую сторону скажем, струя, о которой я говорил, или лептон, а на эксперименте это выглядело бы как лептон в одну сторону, и ничего другого. И целый ряд других предсказаний. Но, к сожалению, у этого так называемого АДД-сценария есть целый ряд своих собственных недостатков. Может быть, у нас сейчас уже очень немного времени, чтобы…
И.В. Тем не менее, я думаю, можно сказать, что основная проблема в том, что в этом сценарии мембрана предполагалась безмассовой, у неё нет плотности энергии, это безмассовый объект, поэтому в соответствии с законами специальной теории относительности он должен двигаться со скоростью света. И тогда это плохая система отсчёта, потому что мембрана не имеет системы покоя. Таким образом, этот объект должен быть массивным, чтобы иметь систему покоя, но в таком случае он должен иметь собственное гравитационное поле, а в этой модели гравитационным полем пренебрегалось - вот такое противоречие возникало. И это противоречие замечательно было разрешено в новой модели, которая появилась годом позже, в 1999 году, это так называемая модель Рэндалл-Сундрума. В этой модели также предполагается, что поля Стандартной Модели локализованы на мембранах…
Э.Б. Но таких мембран не одна, а две.
И.В. Две мембраны, и было найдено точное решение для двух мембран, взаимодействующих с гравитационным полем в пятимерном пространстве-времени.
Э.Б. Точное решение уравнения Эйнштейна. Это совершенно замечательный факт.
И.В. Замечательное решение. Причём, оказалось, что решение очень интересное. Метрика этого решения экспоненциально быстро меняется в направлении дополнительного измерения, и постоянно на мембранах. То есть на каждой мембране реализуется обычное плоское пространство-время Минковского. А вот переход с одной мембраны на другую сопровождается сильным, очень сильным, экспоненциально сильным изменением метрики. И такая структура фоновой метрики (вакуума) модели Рэндалл-Сундрума действительно приводит к замечательным предсказаниям.
Во-первых, оказывается, что пятимерная гравитация в пространстве между мембранами тоже приводит к существованию массивных гравитонов. Помимо безмассовых гравитонов, которые воспроизводят нам 4-х мерную гравитацию, есть также массивные гравитоны, которые могут приводить к новым эффектам…
Э.Б. Только теперь эти гравитоны, в отличие от АДД-сценария, исключительно массивны, они имеют примерно обратный радиус как свою массу - это величина порядка ТэВ или 10 ТэВ.
И.В. И кроме того, они обладают сильной связью с материей. То есть в АДД-сценарии взаимодействие с материей было такое же слабое, как у безмассовых гравитонов…
Э.Б. …у каждой индивидуальной моды. Эффект получался за счёт того, что складывалось много мод, а здесь одна массивная мода, но сильное взаимодействие.
И.В. Фактически может взаимодействовать так же, как слабое взаимодействие. Вот такой замечательный сценарий, который тоже можно попытаться проверять.
Э.Б. Эти гравитационные резонансы можно пытаться найти в прямых столкновениях - как новые частицы. В этом сценарии появилось ещё одно замечательное предсказание. Возникает дополнительное скалярное поле - так называемый радион, от слова радиус, - и отвечает он за возможность колебания одной мембраны относительно другой в этом дополнительном измерении.
И.В. Когда есть две мембраны, то уже есть возможность мембранам относительно чего колебаться. Когда есть одна мембрана, то непонятно, относительно чего она колеблется, а вот когда есть две, то возникает новая степень свободы, и она называется радионом.
И оказывается, что в первоначальном варианте модели Рэндалл-Сундрума это просто скалярное безмассовое поле. Но безмассовым оно оставаться не может - это противоречит наблюдаемым вещам, поэтому оно должно каким-то образом приобретать массу. Но эта масса может быть порядка, например, 100 ГэВ, то есть где-то близко к массе Хиггса. И появились даже работы, которые говорят о том, что может происходить какое-то смешивание поля Хиггса и поля радиона.
Э.Б. В общем, очень интересная ситуация с точки зрения эксперимента и наблюдаемости.
А.Г. Тот новый каллайдер, который сейчас строится, он позволяет ответить на некоторые из этих вопросов экспериментально?
Э.Б. В это все верят и на это надеются. Точнее можно сказать так - если массы этих гравитонов и радиона будут лежать в области нескольких ТэВ, то они могут быть обнаружены, и тогда это будет очень красивое, совершенно фундаментальное открытие.
И.В. Невероятное, я бы сказал, открытие. Я бы даже добавил ещё, что сейчас фактически стало уже стандартом, что результаты всех экспериментов, в частности, на Тэватроне, представляются с оценками на размер дополнительных измерений. То есть при обработке результатов экспериментов обязательно учитывается эта модель - либо АДД-сценарий, либо модель Рэндалл-Сундрума, - и даётся оценка размеров дополнительных измерений с точки зрения этого сценария. По-моему, там есть ещё одна картинка, которую, наверное, стоит показать в конце.
Э.Б. Это просто как пример того, что можно ожидать на каллайдере LHC в ЦЕРНе в сценарии АДД. Это когда наблюдается в конечном состоянии струя и гравитон, причём гравитона не видно. Такое же конечное состояние в процессе может быть в Стандартной Модели, когда рождается струя и Z-бозон и Z распадается в пару невидимых нейтрино и антинейтрино, тогда это выглядит также.
Но поведение, как функция энергии этого джета в поперечном направлении, энергии в поперечном направлении к оси столкновения, это поведение разное. И вот видите, вот эта чёрная линия, это как выглядел бы (и как он будет выглядеть) график, если есть только Стандартная Модель. А дальше - кривые как бы это выглядело, если есть разное количество дополнительных измерений, вот там два, три, четыре и разный характерный масштаб, новый фундаментальный масштаб. Таким образом, это говорит о том, до каких масштабов может быть эта теория проверена. Либо эффект будет обнаружен, либо будут поставлены новые ограничения. Это как маленькая иллюстрация того, что ожидается в АДД-сценарии. Такие же картинки есть для сценария Рэндалл-Сундрума.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65
Э.Б. Дело в том, что если только гравитационные взаимодействия могут распространяться вне мембраны, то тогда эти дополнительные измерения, хотя они и компактные, могут быть достаточно большими, и тогда обратный радиус будет очень маленьким. И поэтому на нашей мембране появляется вот это возбуждение, башня, о которой я говорил, с очень маленьким расстоянием между уровнями. И в этом случае, если у нас есть коллайдер ТэВных энергий, то может рождаться большое количество таких состояний. И это когерентное усиление могло бы приводить к видимым эффектам.
Это выглядело бы как процессы с нарушением энергии, например, когда испускается в каком-то процессе такая башня гравитационных взаимодействий в одну сторону, а в другую сторону скажем, струя, о которой я говорил, или лептон, а на эксперименте это выглядело бы как лептон в одну сторону, и ничего другого. И целый ряд других предсказаний. Но, к сожалению, у этого так называемого АДД-сценария есть целый ряд своих собственных недостатков. Может быть, у нас сейчас уже очень немного времени, чтобы…
И.В. Тем не менее, я думаю, можно сказать, что основная проблема в том, что в этом сценарии мембрана предполагалась безмассовой, у неё нет плотности энергии, это безмассовый объект, поэтому в соответствии с законами специальной теории относительности он должен двигаться со скоростью света. И тогда это плохая система отсчёта, потому что мембрана не имеет системы покоя. Таким образом, этот объект должен быть массивным, чтобы иметь систему покоя, но в таком случае он должен иметь собственное гравитационное поле, а в этой модели гравитационным полем пренебрегалось - вот такое противоречие возникало. И это противоречие замечательно было разрешено в новой модели, которая появилась годом позже, в 1999 году, это так называемая модель Рэндалл-Сундрума. В этой модели также предполагается, что поля Стандартной Модели локализованы на мембранах…
Э.Б. Но таких мембран не одна, а две.
И.В. Две мембраны, и было найдено точное решение для двух мембран, взаимодействующих с гравитационным полем в пятимерном пространстве-времени.
Э.Б. Точное решение уравнения Эйнштейна. Это совершенно замечательный факт.
И.В. Замечательное решение. Причём, оказалось, что решение очень интересное. Метрика этого решения экспоненциально быстро меняется в направлении дополнительного измерения, и постоянно на мембранах. То есть на каждой мембране реализуется обычное плоское пространство-время Минковского. А вот переход с одной мембраны на другую сопровождается сильным, очень сильным, экспоненциально сильным изменением метрики. И такая структура фоновой метрики (вакуума) модели Рэндалл-Сундрума действительно приводит к замечательным предсказаниям.
Во-первых, оказывается, что пятимерная гравитация в пространстве между мембранами тоже приводит к существованию массивных гравитонов. Помимо безмассовых гравитонов, которые воспроизводят нам 4-х мерную гравитацию, есть также массивные гравитоны, которые могут приводить к новым эффектам…
Э.Б. Только теперь эти гравитоны, в отличие от АДД-сценария, исключительно массивны, они имеют примерно обратный радиус как свою массу - это величина порядка ТэВ или 10 ТэВ.
И.В. И кроме того, они обладают сильной связью с материей. То есть в АДД-сценарии взаимодействие с материей было такое же слабое, как у безмассовых гравитонов…
Э.Б. …у каждой индивидуальной моды. Эффект получался за счёт того, что складывалось много мод, а здесь одна массивная мода, но сильное взаимодействие.
И.В. Фактически может взаимодействовать так же, как слабое взаимодействие. Вот такой замечательный сценарий, который тоже можно попытаться проверять.
Э.Б. Эти гравитационные резонансы можно пытаться найти в прямых столкновениях - как новые частицы. В этом сценарии появилось ещё одно замечательное предсказание. Возникает дополнительное скалярное поле - так называемый радион, от слова радиус, - и отвечает он за возможность колебания одной мембраны относительно другой в этом дополнительном измерении.
И.В. Когда есть две мембраны, то уже есть возможность мембранам относительно чего колебаться. Когда есть одна мембрана, то непонятно, относительно чего она колеблется, а вот когда есть две, то возникает новая степень свободы, и она называется радионом.
И оказывается, что в первоначальном варианте модели Рэндалл-Сундрума это просто скалярное безмассовое поле. Но безмассовым оно оставаться не может - это противоречит наблюдаемым вещам, поэтому оно должно каким-то образом приобретать массу. Но эта масса может быть порядка, например, 100 ГэВ, то есть где-то близко к массе Хиггса. И появились даже работы, которые говорят о том, что может происходить какое-то смешивание поля Хиггса и поля радиона.
Э.Б. В общем, очень интересная ситуация с точки зрения эксперимента и наблюдаемости.
А.Г. Тот новый каллайдер, который сейчас строится, он позволяет ответить на некоторые из этих вопросов экспериментально?
Э.Б. В это все верят и на это надеются. Точнее можно сказать так - если массы этих гравитонов и радиона будут лежать в области нескольких ТэВ, то они могут быть обнаружены, и тогда это будет очень красивое, совершенно фундаментальное открытие.
И.В. Невероятное, я бы сказал, открытие. Я бы даже добавил ещё, что сейчас фактически стало уже стандартом, что результаты всех экспериментов, в частности, на Тэватроне, представляются с оценками на размер дополнительных измерений. То есть при обработке результатов экспериментов обязательно учитывается эта модель - либо АДД-сценарий, либо модель Рэндалл-Сундрума, - и даётся оценка размеров дополнительных измерений с точки зрения этого сценария. По-моему, там есть ещё одна картинка, которую, наверное, стоит показать в конце.
Э.Б. Это просто как пример того, что можно ожидать на каллайдере LHC в ЦЕРНе в сценарии АДД. Это когда наблюдается в конечном состоянии струя и гравитон, причём гравитона не видно. Такое же конечное состояние в процессе может быть в Стандартной Модели, когда рождается струя и Z-бозон и Z распадается в пару невидимых нейтрино и антинейтрино, тогда это выглядит также.
Но поведение, как функция энергии этого джета в поперечном направлении, энергии в поперечном направлении к оси столкновения, это поведение разное. И вот видите, вот эта чёрная линия, это как выглядел бы (и как он будет выглядеть) график, если есть только Стандартная Модель. А дальше - кривые как бы это выглядело, если есть разное количество дополнительных измерений, вот там два, три, четыре и разный характерный масштаб, новый фундаментальный масштаб. Таким образом, это говорит о том, до каких масштабов может быть эта теория проверена. Либо эффект будет обнаружен, либо будут поставлены новые ограничения. Это как маленькая иллюстрация того, что ожидается в АДД-сценарии. Такие же картинки есть для сценария Рэндалл-Сундрума.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65