Коллайдер - [78]
Разницу в подходах АДД и Рэндалл-Сундрума проиллюстрируем на примере планирования парковки, задача которой - освободить обочины главной городской магистрали от бесчисленных авто. Первый вариант (соответствующий модели АДД) - разбить в стороне просторную стоянку на одном уровне с магистралью. Однако место в мегаполисах на вес золота, поэтому проектировщики, возможно, захотят вырыть глубокий подземный гараж, в который машины будут попадать по специальным съездам. Цель достигнута - на обочинах автомобилей нет, но в отличие от первого случая городской пейзаж почти не пострадал. Этот второй вариант как раз в духе гипотезы Рэндалл-Сундрума.
Доведем аналогию до конца. Главная магистраль у нас будет играть трехмерного пространства, в котором мы живем, количество припаркованных на ней автомобилей будет являться мерой гравитационного взаимодействия, а съемки со спутника станут показаниями наших приборов. Когда нет нормальных стоянок и главная магистраль загромождена машинами, мы имеем дело с трехмерным пространством, в котором силы тяготения гораздо интенсивнее, чем наблюдается в природе. Ситуация с наружной парковкой соответствует слабой гравитации и большому дополнительному измерению, которое бы ученые легко углядели. Наконец, случай подземной парковки дает нам представление, как гравитацию ослабить, а дополнительное измерение спрятать от любопытных взоров экспериментаторов. Если кто-то попытается оценить дорожную обстановку со спутника, он примет эту местность за тихий городок, где машины большая редкость. Так и взгляд физиков, наблюдающих Вселенную, упирается в маску - из слабой гравитации и всего лишь трех измерений.
Если контейнер действительно, как пылесос, всасывает в себя гравитоны, то можно ли как-то засечь эту утечку с помощью БАК? Один из способов, который, кстати, уже пробовали применить на «Теватроне», - поиск таких событий, когда осколки столкновений выбирают какое-то выделенное направление. Эта асимметрия говорит о том, что некоторую долю энергии и импульса уносит непойманная частица (или частицы). Ею может оказаться гравитон, но сначала надо научиться исключать другие, гораздо более вероятные исходы, например вылет нейтрино. К сожалению, сегодня даже герметичные детекторы вроде АТЛАСа не способны задержать нейтрино. Его вообще почти ничто в природе не в силах остановить. О присутствии нейтрино судят лишь по недостаче импульса, предполагая, что виновна в ней только эта частица. Как надеются некоторые физики, статистические модели рождения нейтрино на ускорителях когда-нибудь станут настолько совершенными, что помогут с запасом отличить реальную картину от ожидаемой. Ответственность за это расхождение тогда можно будет возложить на гравитоны, сбегающие из столкновений через потусторонние ходы.
Чтобы убедиться в существовании «лишних» измерений, можно также попытаться поискать гипотетическую башню Калуцы-Кляйна, носящую имя одного из провозвестников единой теории поля, немецкого математика Теодора Калуцы, а также уже нам известного Кляйна. Так называется набор возбуждений, образованный населяющими контейнер частицами, которые как бы отбрасывают тени на нашу брану. Мы будем их воспринимать как частицы с зарядами, спинами и другими такими же свойствами, как у знакомых нам частиц, но обладающие необычайно большими массами.
В знаменитом «театре теней», описанном Платоном, узники с самого детства прикованы в пещере к своим местам так, что не в состоянии заглянуть в просвет. Они смотрят на стену прямо перед собой и принимают отбрасываемые на нее тени за чистую монету. Они, например, думают, что тени проходящих мимо людей, несущих различную утварь, - это реальные персонажи. В конце концов один узник сбегает, узнает про мир вне пещеры и рассказывает остальным об их заблуждении.
Подобным же образом данные с БАК (полученные АТЛАСом или CMS), может быть, станут для нас теми самыми «тенями на стене», по которым мы будем судить о частицах, бороздящих просторы полноразмерного пространства. У этих частиц должна быть «лишняя» компонента импульса, связанная с дополнительной степенью свободы. Поскольку самого измерения мы не видим, мы не можем наблюдать и то, как вдоль него движется частица. Зато из-за дополнительной составляющей импульса у частицы появляется излишек энергии, а значит, и массы. Ученые надеются, что энергия самых легких возбуждений Калуцы-Кляйна придется на нижнюю границу ТэВного диапазона и их удастся пронаблюдать на БАК.
Проявлениям калуца-кляйновских гравитонов и других частиц, поставляемых дополнительными измерениями, посвящены целые кипы статей. Среди каналов распада называются и превращение в электрон-позитронные пары, и в мюон-антимюонные, и т. д. По энергии продуктов можно будет сказать, что именно распалось. Изучая эти возбуждения, Мы смогли бы получить ценную информацию о размере, форме и остальных свойствах контейнера.
Поиск намеков на дополнительные измерения в список насущных задач БАК не входит. Но узнай мы, что наше мироздание покоится на ходящем ходуном фундаменте, нам, возможно, придется вооружиться мастерками и сменить кладку у физики элементарных частиц. Вдруг мы, как платоновские пещерные люди, до сих пор имели дело лишь с тенями, отбрасываемыми извне? С другой стороны, если все ограничивается привычным трехмерным пространством да временем, погоня за дополнительными измерениями ни к чему не приведет. Тогда теоретики вынуждены будут выдумать еще какой-нибудь правдоподобный ответ на вопрос, почему другие силы перевешивают гравитацию.
Многие физики всю свою жизнь посвящают исследованию конкретных аспектов физического мира и поэтому не видят общей картины. Эйнштейн и Шрёдингер стремились к большему. Поиски привели их к важным открытиям: Эйнштейна — к теории относительности, а Шрёдингера — к волновому уравнению. Раздразненные найденной частью решения, они надеялись завершить дело всей жизни, создав теорию, объясняющую всё.Эта книга рассказывает о двух великих физиках, о «газетной» войне 1947 года, разрушившей их многолетнюю дружбу, о хрупкой природе сотрудничества и открытий в науке.Пол Хэлперн — знаменитый физик и писатель — написал 14 научно-популярных книг.
Книга посвящена жизни и творчеству выдающегося советского кристаллографа, основоположника и руководителя новейших направлений в отечественной науке о кристаллах, основателя и первого директора единственного в мире Института кристаллографии при Академии наук СССР академика Алексея Васильевича Шубникова (1887—1970). Классические труды ученого по симметрии, кристаллофизике, кристаллогенезису приобрели всемирную известность и открыли новые горизонты в науке. А. В. Шубников является основателем технической кристаллографии.
Нильс Бор — одна из ключевых фигур квантовой революции, охватившей науку в XX веке. Его модель атома предполагала трансформацию пределов знания, она вытеснила механистическую модель классической физики. Этот выдающийся сторонник новой теории защищал ее самые глубокие физические и философские следствия от скептиков вроде Альберта Эйнштейна. Он превратил родной Копенгаген в мировой центр теоретической физики, хотя с приходом к власти нацистов был вынужден покинуть Данию и обосноваться в США. В конце войны Бор активно выступал за разоружение, за интернационализацию науки и мирное использование ядерной энергии.
Джеймс Клерк Максвелл был одним из самых блестящих умов XIX века. Его работы легли в основу двух революционных концепций следующего столетия — теории относительности и квантовой теории. Максвелл объединил электричество и магнетизм в коротком ряду элегантных уравнений, представляющих собой настоящую вершину физики всех времен на уровне достижений Галилея, Ньютона и Эйнштейна. Несмотря на всю революционность его идей, Максвелл, будучи очень религиозным человеком, всегда считал, что научное знание должно иметь некие пределы — пределы, которые, как ни парадоксально, он превзошел как никто другой.
Ежемесячный научно-популярный и научно-художественный журнал.
«Занимательное дождеведение» – первая книга об истории дождя.Вы узнаете, как большая буря и намерение вступить в брак привели к величайшей охоте на ведьм в мировой истории, в чем тайна рыбных и разноцветных дождей, как люди пытались подчинить себе дождь танцами и перемещением облаков, как дождь вдохновил Вуди Аллена, Рэя Брэдбери и Курта Кобейна, а Даниеля Дефо сделал первым в истории журналистом-синоптиком.Сплетая воедино научные и исторические факты, журналист-эколог Синтия Барнетт раскрывает удивительную связь между дождем, искусством, человеческой историей и нашим будущим.
Эта книга – захватывающий триллер, где действующие лица – охотники-ученые и ускользающие нейтрино. Крошечные частички, которые мы называем нейтрино, дают ответ на глобальные вопросы: почему так сложно обнаружить антиматерию, как взрываются звезды, превращаясь в сверхновые, что происходило во Вселенной в первые секунды ее жизни и даже что происходит в недрах нашей планеты? Книга известного астрофизика Рэя Джаявардхана посвящена не только истории исследований нейтрино. Она увлекательно рассказывает о людях, которые раздвигают горизонты человеческих знаний.