Стивен Габсер - Маленькая книга о большой теории струн

Ранее я обмолвился о спорах, как правильно преобразовать процесс остановки тяжёлого кварка в процессы с участием струн и чёрных дыр. Это отнюдь не споры о потерянном где-то множителе 2, это споры о физической картине, которую следует использовать для описания тяжёлых кварков. Описанная мной картина содержала струнный хвост, который тащится за кварком и увязает другим концом в горизонте чёрной дыры. Конкурирующая картина содержит U-образные струны, причём нижняя часть «буквы U» чертит по горизонту чёрной дыры. За отсутствием лучшей терминологии я буду называть эти две картины «струнно-хвостовой» и «U-струнной». Преимущество последней в том, что она претендует на описание и обычных кварков, что очень хорошо, поскольку обычные кварки вылетают из коллайдеров в гораздо бо́льших количествах, чем тяжёлые, и их существенно легче изучать. U-струнная картина приводит к предсказаниям, которые, как и в случае струнно-хвостовой картины, либо соответствуют экспериментальным данным, либо отличаются от них в два раза. Причина заключается в так называемом факторе произвола : некоторые свободные параметры могут быть выбраны по-разному для струнно-хвостовой и для U-струнной картин. Причём сторонники каждой из картин выдвигают убедительные аргументы против конкурирующей. Этот спор непросто урегулировать: предмет спора слишком абстрактный, конкурирующие гипотезы отличаются незначительно, а согласие с экспериментальными данными ожидается лишь приблизительное. Тем не менее я бы отметил его как доброе предзнаменование: струнные теоретики вместо обсуждения абстрактных материй наконец-то занялись обсуждением достоинств и недостатков вычислений, которые можно хотя бы приближённо сравнить с экспериментальными данными.

Что дальше? Для исследований столкновений тяжёлых ионов ответ будет: «Чем больше, тем лучше». Чем больше расчётов сделают струнные теоретики, тем больше различных подходов к решению проблемы перевода четырёхмерной картины в пятимерную они смогут предложить. Цель их усилий — в разумном согласовании и последовательном сопоставлении пятимерных конструкций и экспериментально измеримых величин. Может случиться так, что вся программа исследований упрётся в бетонный блок посреди выбранной нами дороги и между теорией струн и реальным миром квантовой хромодинамики обнаружатся непримиримые противоречия. Пока этого, к счастью, не произошло, но существует опасность, что мы не сумеем выполнить ряд необходимых вычислений из-за технических трудностей.

Теория струн движется вперёд неравномерно, испытывая периоды застоя, прерываемые очередными революциями. Эксперименты с ядрами свинца на БАК позволят достичь существенно бо́льших энергий, чем эксперименты с ядрами золота на RHIC. Данные, полученные в этих экспериментах, дадут новый стимул теоретикам. Среди многих достижений, которых мы можем ожидать от столкновений тяжёлых ионов в БАК, будет производство тяжёлых кварков в гораздо бо́льших количествах, чем на RHIC. Кроме того, используемые в БАК детекторы совершеннее установленных на RHIC, поэтому разумно надеяться, что Большой адронный коллайдер существенно прояснит физическую картину потери энергии быстро движущимися кварками.

Ради справедливости стоит заметить, что главный вопрос, касающийся Большого адронного коллайдера, состоит в том, какие новые частицы он будет открывать, какие новые симметрии? Протон-протонные столкновения являются, безусловно, лучшим полигоном для таких открытий, чем столкновения тяжёлых ионов, потому что энергия, приходящаяся на один протон, в них выше, а фон сопутствующих частиц менее шумный. Прогнозирование открытий БАК является своего рода хобби среди теоретиков. К тому времени, когда вы возьмёте в руки эту книгу, вы, вероятно, будете знать больше, чем я сейчас. Но человек предполагает, а Бог располагает, и может случиться так, что нам не повезёт и новые открытия не посыплются на нас с неба звёздным дождём.

Эксперименты трудны, теории абстрактны, и их сопоставление может обнаружить трудности и противоречия, значительно более острые, чем те, которые я описал в этой главе. Даже если ряд открытий подтвердит правоту какой-либо из теорий, построение согласованной картины мироздания, вероятно, будет долгим и запутанным процессом. И всё же я ожидаю, что благодаря своим достижениям, развитому математическому аппарату и широкому теоретическому охвату — от квантовой механики до теории гравитации — теория струн станет важной частью окончательного ответа.