Лиза Рэндалл - Достучаться до небес - Научный взгляд на устройство Вселенной

Тем не менее БАК экспериментально проверит и эту идею. Хотя сегодня они представляется невероятной, окончательный критерий истины для нас — практика, а вовсе не простота поиска и составления моделей. Если какая‑то модель реально применима к окружающему нас миру, она оставит в эксперименте свой характерный след. Поскольку многомерная гравитация в данной модели является сильной на масштабах энергий, примерно соответствующих слабому взаимодействию, то есть на энергиях, которые будут получены на БАКе, то частицы при столкновении должны будут породить многомерный гравитон — частицу, передающую многомерное гравитационное взаимодействие. Гравитон обязательно должен быть многомерным и передвигаться в многомерном пространстве, потому что сила тяготения, с которой мы имеем дело, чрезвычайно слаба и никак не позволит создать гравитон в трехмерном мире. А вот в сценарии с большими дополнительными измерениями гравитация в целом окажется достаточно сильна, чтобы породить гравитон на энергиях, характерных для БАКа.

Результатом будет появление частиц, известных как моды Калуцы — Клейна (КК) и представляющих собой проекцию многомерного гравитона на наше трехмерное пространство. Эти частицы названы в честь Теодора Калуцы и Оскара Клейна, первыми предположивших существование в нашей Вселенной дополнительных измерений. КК–частицы взаимодействуют аналогично известным нам частицам, но обладают большей массой. Эти массы возникают у них в результате дополнительного импульса в направлении дополнительных измерений. Если КК–мода связана с гравитоном, как предсказывает модель больших дополнительных измерений, то, возникнув, она просто исчезнет из детектора. Свидетельством эфемерного визита такой частицы станет недостача энергии (на рис. 66 показано, как КК–частица рождается и уносит с собой энергию и импульс, которых так никто и не видел).

РИС. 66. В сценарии с большими дополнительными измерениями в коллайдере может возникнуть КК–партнер гравитона с импульсом в дополнительных измерениях. Если это произойдет, он, родившись, исчезнет из детектора, оставив след в виде недостачи энергии и импульса

Разумеется, недостача энергии — признак не только модели с большими дополнительными измерениями, но и суперсимметричных моделей. Сигналы могут оказаться настолько похожими, что приверженцы той и другой модели, скорее всего, попытаются интерпретировать экспериментальные данные каждый в свою пользу — по крайней мере вначале. Но точное понимание следствий и предсказаний обоих типов моделей поможет нам определить, которая из них верна. Мы ведь помним, что одна из основных целей создания моделей — последующее сравнение экспериментальных сигнатур и подробностей с их теоретическими следствиями. Обозначив различные сценарии, мы получаем теоретическую частоту появления и характерные черты сигнатур, которые модель должна давать, и можем затем сравнивать их с экспериментальными данными во всех подробностях.

В настоящий момент я, как и большинство моих коллег, сомневаюсь в том, что сценарий с большими дополнительными измерениями в самом деле является решением проблемы иерархии, хотя вскоре мы увидим совершенно другой пример модели с дополнительными измерениями, который представляется гораздо более многообещающим.

Мы не ждем, что дополнительные измерения окажутся настолько большими. Дело в том, что в изложенном сценарии дополнительные измерения должны быть просто огромными по сравнению с другими масштабами. Даже если при этом удалось бы решить проблему иерархии между слабым и гравитационным масштабами, возникла бы новая иерархия, связанная с размерами новых измерений.

Еще более тревожно то, что в этом сценарии эволюция Вселенной должна была бы выглядеть совершенно иначе, чем то, что мы наблюдаем вокруг. Ведь дополнительные очень большие измерения должны расширяться вместе с остальной Вселенной до тех пор, пока температура в них не опустится до очень низкого уровня. А чтобы модель хотя бы приближалась к истинной, предсказываемая ею эволюция Вселенной должна соответствовать той, что мы наблюдаем в трехмерном пространстве. Это сложная проблема для любого сценария с большими дополнительными измерениями.

Тем не менее полностью исключить эту идею нельзя. В принципе, при достаточной изобретательности авторы моделей смогут обойти или решить большинство из них. Но модели при этом, как правило, становятся переусложненными и запутанными, и большинство физиков выступает против них. Отчасти поэтому многие из них обратились к более многообещающим вариантам дополнительных измерений, таким, к примеру, как описанный в следующем разделе. Тем не менее только эксперимент может сказать наверняка, соответствуют ли модели с большими дополнительными измерениями действительности.