Диалоги (апрель 2003 г.)

Гордон Александр Гарриевич

Поэтому, чтобы решить эту проблему, стали рассматривать многомерные теории по-другому. А именно помимо гравитации в многомерном пространстве стали рассматривать другие поля – калибровочные поля (поля – переносчики взаимодействия), фермионные поля. И оказалось, что получались замечательные теории. Если попытаться интерпретировать эту теорию с точки зрения четырехмерного наблюдателя, а такая интерпретация с точки зрения четырехмерного наблюдателя получила название размерной редукции, то оказалось, что вроде бы некоторые проблемы Стандартной Модели решаются.

Вот, например, мы говорили о том, откуда в Стандартной Модели берётся скалярное поле Хиггса, оно, вроде бы, неестественное.

Так вот оказывается, что если у нас в многомерной теории есть только калибровочное поле, то в 4-х-мерной теории, к которой приводит размерная редукция, сразу же появятся скалярные поля. То есть не нужно в 4-х-мерной теории эти скаляры закладывать руками, они сами спустятся из дополнительных измерений. То есть замечательные вроде бы результаты. Потом сразу же появились какие-то ограничения на соотношения между константами связи. То есть это было очень вдохновляюще, и люди сразу же стали пытаться строить модели таким образом.

Но вот здесь появилась такая проблема. Если мы предполагаем, что дополнительные измерения компактифицированы гравитацией, то их размер должен быть планковским. И оказывается, что при интерпретации такой теории в терминах 4-х-мерных полей, возникают так называемые башни полей Калуцы-Клейна, которые состоят из безмассовых частиц плюс возбуждения с массами, пропорциональными обратному размеру пространства дополнительных измерений. То есть если у нас размер дополнительных измерений – это планковская длина, то, соответственно, обратный размер – это планковская масса, и такие частицы совершенно невозможно наблюдать.

Э.Б. Они экстремально тяжёлые.

И.В. Да, это 10^-5 грамма, то есть это уже частица, которая каким-то образом проявлялась бы макроскопически. Так вот, проблема была такая: либо рассматривать только сектор так называемых безмассовых полей, либо нужно было отбрасывать массивные поля. И вот оказалось, что на этом пути тоже не удаётся построить хорошую теорию, которая воспроизводила бы Cтандартную Модель, но каким-то образом выходила за её рамки.

Новый шаг был сделан в 1983-м году. В 1983-м году Рубаков и Шапошников написали работу, в которой они показали, что дополнительные измерения могут быть ненаблюдаемыми не только в том случае, когда они очень малые, а и в том случае, когда существует какой-то механизм удержания полей Стандартной Модели (то есть тех частиц, из которых состоим мы, из которых состоит обычное вещество) на некотором 4-х-мерном подмногообразии – такие подмногообразия получили название мембран. И в этом случае дополнительные измерения могут иметь любые размеры, могут быть даже бесконечными. Но эта замечательная гипотеза тоже в течение длительного времени оставалась как-то невостребованной.

И вот буквально в последние годы 20-го века и тысячелетия вдруг появилась работа трех авторов, Аркани Хамед, Димопулус и Двали, которые обратили внимание на то, что если поля Стандартной Модели локализованы на мембране, а дополнительные измерения компактны и имеют достаточно большой размер (они писали даже о субмиллиметровых дополнительных измерениях), то в этом случае гравитационное взаимодействие во всём многомерном пространстве может стать сравнимым по силе с остальными взаимодействиями. И слабость этого взаимодействия в нашем мире объясняется только тем, что мы живём на этой мембране, и никак не можем с неё выйти в дополнительные измерения. 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…