Пошук дадатковыя вымярэння
Якія дадатковыя памеры, вы, напэўна, думаеце, толькі што прачытаў назву. Мы вельмі добра ведаем, што свет вакол нас з'яўляецца трохмерным. Мы ведаем, Усход і Захад, Поўнач ад Поўдня, у параўнанні з ўніз - тое, што дадатковыя вымярэння магло б быць, калі мы ніколі не бачым іх?
Што ж, атрымліваецца, што мы сапраўды не ведаем, як шмат вымярэнняў наш свет. Усё, што нашы цяперашнія назірання кажуць нам, што свет вакол нас, па меншай меры 3 +1- мернае. (Чацвёртае вымярэнне часу. Хоць часу вельмі моцна адрозніваецца ад знаёмай прасторавых вымярэнняў, Лорэнц і Эйнштэйн паказаў, у пачатку 20-га стагоддзя, што прастора і час непарыўна звязаныя паміж сабой.) Ідэя дадатковыя прасторавыя вымярэння адбываецца з тэорыі струн, толькі самосогласованной квантавай тэорыі гравітацыі да гэтага часу. Аказваецца, што для паслядоўнага апісання гравітацыі, неабходна больш, чым 3 +1 вымярэннях, і свет вакол нас можа мець да 11 прасторавых вымярэнняў!
Як гэта можа быць магчыма? Таму мы не адчуваю, што гэтыя дадатковыя прасторавыя вымярэння ў нашай паўсядзённым жыцці (калі яны існуюць), таму што яны вельмі моцна адрозніваюцца ад трох вымярэнняў мы знаёмыя. Аказваецца, што цалкам магчыма, што наш свет "ўтрымаў да 3-мернага ліста (так званы" лаянку "), які знаходзіцца ў вышэйшых вымярэнняў прасторы, Каб праілюстраваць гэта, уявіце сабе, мурашка паўзе па лісту паперы ў руцэ. Для мурашак, "Сусвет" ў значнай ступені двухмернай, так як ён не можа пакінуць паверхню паперы. Ён толькі ведае, на поўнач ад поўдня і ўсходу ад Захаду, але уверх і ўніз не мае сэнсу да тых часоў, як ён павінен заставацца на лісце паперы. У значнай ступені так жа, мы маглі бы быць абмежаваныя ў трохмерным свеце, якая на самай справе частка больш складанай шматмернага сусвету!
Для мурашка паўзе па лісту паперы Сусвету даволі шмат двухмерных
Гэтыя дадатковыя прасторавыя вымярэння, калі яны сапраўды існуюць, як лічыцца, згарнуўшыся, або "компактифицированной". У прыкладзе з мурашкі, Let's Roll ліст паперы так, што яна ўтварае цыліндр. У гэтым выпадку, калі мурашка пачынае сканаванне ў напрамку крывізны, ён паступова вяртаецца да той жа кропцы яго пачалі. Гэта прыклад компактифицированного вымярэння. Калі мурашка абыход ў кірунку, паралельным даўжыні цыліндру, ён ніколі не вернецца да той жа кропцы (мы мяркуем, што папяровы цыліндр, настолькі вялікі, так што яна ніколі не дасягае краю). Гэта прыклад "плоскія" вымярэнне. У адпаведнасці з тэорыі струн тое, што мы жывем у свеце, дзе тры нашых знаёмых памеры прасторы "плоскім", але Існуюць і іншыя аспекты, якія з'яўляюцца згуслым вельмі шчыльна, што яны маюць вельмі малы радыус: 10 -30 см або менш.
Гэтыя знакамітыя малюнкі Эшэра ілюструюць ідэю компактифицированной прасторавае вымярэнне.
© 2000 Кардон Art BV-Baarn-Галандыя. Усе правы абаронены.
Так чаму б гэта пытанне да нас, калі Сусвет мае больш, чым за 3 прасторавымі вымярэннямі, калі мы не можам адчуваць іх? Ну, на самой справе мы маглі б "адчуць" гэтыя дадатковыя вымярэння праз іх уплыў на гравітацыю. Хоць сілы, якія трымаюць наш свет разам (электрамагнітнага, слабога і моцнага узаемадзеянняў) абмежаваныя ў 3 +1- "плоскія" памеры, гравітацыйнае ўзаемадзеянне заўсёды займае ўвесь сьвет, што дазваляе яму адчуць эфект дадатковых вымярэнняў. На жаль, так як гравітацыя вельмі слабыя сілы і з радыусам дадатковых вымярэнняў з'яўляецца малюсенькай, гэта можа быць вельмі цяжка зразумець, якіх-небудзь эфектаў, калі не будзе нейкі механізм, які ўзмацняе гравітацыйнае ўзаемадзеянне. Такі механізм быў нядаўна прапанаваны Arkani-Хамед, Dimopoulos, і Двали, які зразумеў, што дадатковыя вымярэння могуць быць як аднаго міліметра, і да гэтага часу мы маглі б іх не хапае ў нашым імкненні да разумення таго, як працуе Сусвет!
Калі дадатковыя вымярэння сапраўды былі настолькі вялікімі, законы гравітацыі будзе змененая на адлегласцях, параўнальных з памерам дадатковых вымярэнняў. Такім чынам, чаму мы не бачым гэтага ў эксперыментах? На самой справе аказваецца, што мы вельмі добра ведаем, як цяжар працы на вялікіх адлегласцях (знакаміты закон Ісака Ньютана, які кажа, што гравітацыйныя сілы паміж двума целамі меншае прапарцыйна квадрату адлегласці паміж імі). Аднак, ніхто яго не тэставаў, як добра гэта працуе на адлегласці менш за 1 мм. Гэта складана вывучаць гравітацыйныя ўзаемадзеяння на малых адлегласцях. Аб'екты размешчаныя так блізка адзін да аднаго павінны быць вельмі маленькімі і вельмі лёгкія, таму іх гравітацыйнае ўзаемадзеянне таксама малыя і цяжка выявіць. Хоць новае пакаленне гравітацыйных эксперыментаў, якія павінны быць у стане зандзіравання ў закон Ньютана на малых адлегласцях (да 1 мікрона) ідзе поўным ходам, нашы бягучыя веды аб цяжару спыняецца на адлегласцях парадку 1 мм. У цяперашні час мы не можам сказаць, ці з'яўляецца Ёсць, ці не, магчымыя дадатковыя памеры менш, чым 1 мм.
Пакуль усё цікава, але якое дачыненне гэта мае адносіны да фізіцы элементарных часціц і эксперымент DO ў лабараторыі ферм? На самай справе, ёсць вельмі прамая сувязь. Так як часціцы, якія мы паскараем ў лабараторыі Фермі вельмі энергічныя, лёгка датчык адлегласці, як малыя, як 10 -19 см шляхам вывучэння прадуктаў іх соударений. Аднак, часціц, якія ўдзельнічаюць у гэтых сутыкненнях вельмі лёгкія, таму гравітацыйнае ўзаемадзеянне паміж імі вельмі слабая. Да шчасця, апынулася, што ў тэорыі, прапанаванай Arkani-Хамед, Dimopoulos, і Двали, гравітацыйнае ўзаемадзеянне значна ўзрастае, калі сутыкаюцца часціцы валодаюць дастаткова высокай энергіі. Гэта ўдасканаленне звязана з так званай "абмоткі рэжымаў" гравитона - гравітацыйныя сілы носьбітаў - каля компактифицированной дадатковых вымярэнняў. Калі гравитона энергічны дастаткова, ён можа падарожнічаць? "Вецер" свой ??шлях? Вакол компактифицированной памеры ў шмат разоў. Кожны раз, калі яна ўецца вакол, гэта прыводзіць да малой сілы прыцягнення паміж сутыкаюцца часціц. Калі колькасць абаротаў, што гравитон складае каля згарнуўшыся дадатковых вымярэнняў досыць вялікі, гравітацыйнае ўзаемадзеянне надзвычай пашырэння.
Два тыпу экстра-размерных эфектаў назіраецца пры сутыкненні. Злева: гравитона ўцёкі з нашых 3-мернага свету ў дадатковых вымярэнняў (Megaverse), у выніку ўяўнай энергіі незахаваных ў нашым трохмерным свеце. Справа: гравитона пакідае наш свет на кароткі момант часу, толькі каб вярнуцца і распаду на пару фатонаў (DO фізікі шукалі, што асаблівага эфекту).
Як Fermilab Тэватрон з'яўляецца паскаральнік часціц высокіх энергій у свеце, ён з'яўляецца ідэальным месцам для пошуку дадатковых вымярэнняў, так як вышэй сутыкаюцца часціц энергія, тым мацней павышэнне гравітацыйнага ўзаемадзеяння не чакаецца. Фізікаў, якія працуюць у эксперыменце DO шукалі эфектаў гравітацыйных узаемадзеянняў паміж парамі электронаў або фатонаў высокіх энергій сутыкненняў. Калі гравітацыйнага ўзаемадзеяння паміж двума электронамі ці двух фатонаў досыць вялікі, ўласцівасці такога канчатковага стану сістэмы будзе зменена. Там будзе больш пар, пры высокіх парных мас, а таксама вуглавое размеркаванне гэтых часціц будзе больш раўнамерным, чым можна чакаць, каб убачыць, калі гравітацыі досыць слабым, каб быць праігнаравана. Калі старанна прааналізаваны дадзеныя, якія яны сабралі ў 1992-1996 гадах, няма такіх паляпшэнняў былі знойдзеныя. Дадзеныя вельмі добра ўзгадняецца з прадказаннямі з вядомых працэсаў фізікі, і гравітацыйнае ўзаемадзеянне, здаецца, не гуляюць істотнай ролі ў энергіі, якія мы ў стане дасягнуць. Такім чынам, ніякіх доказаў для дадатковых вымярэнняў было знойдзена да гэтага часу.
Дысплэй з самых высокіх інварыянтнай масы (570 ГэВ) фатонаў пары падзей, якія назіраў у бегу I. Два маляўнічых пырскаў энергія разглядаецца ў левай і правай "зброі" дэтэктара знак кропкі, дзе два фатона былі перахопленыя каларыметр DO. На жаль, гэта падзея наўрад ці адбываюцца з дадатковых вымярэнняў, у сувязі з яго кутняй ўласцівасцямі. Гэта ўзгадняецца з тэмпамі, якія можна было б чакаць ад вядомых працэсаў фізікі.
Хоць мы не бачылі дадатковых вымярэнняў, мы змаглі ўсталяваць дастаткова жорсткія абмежаванні на іх памер. Гэтыя абмежаванні з'яўляюцца больш строгімі, чым тыя, якія ад гравітацыйных эксперыментаў або эксперыментаў на паскаральніках пры больш нізкіх машын энергіі, да гэтага часу. Гэтыя новыя ліміты таксама месца значныя абмежаванні на Arkani-Хамед, Dimopoulos, і ў тэорыі Двали.
Наш пошук дадатковых вымярэнняў яшчэ не скончана. На самай справе, ён толькі пачынае. Мы таксама шукаем эфекты дадатковых вымярэнняў у сутыкненнях, якія вырабляюць розныя тыпы часціц, такіх, як кваркаў. Мы таксама шукаем для мерапрыемстваў, дзе гравитонов вырабляюцца ў сутыкненнях, а затым пакінуць нашым трохмерным свеце, якія вандруюць з адным з іншых вымярэнняў. Гэта выклікала б відавочна не захавання энергіі з пункту гледжання нашага трохмернага свету. Пры наступным дадзеных з запуску плануецца пачаць у 2001 годзе, і, верагодна, для дастаўкі ў дваццаць разоў дадзеныя ў цяперашні час назапашваецца, у нас будзе значна пашырана адчувальнасць да вялікіх дадатковых вымярэнняў. Мы вельмі добра можа іх бачыць!
Калі мы не так пашанцавала, наступнага пакалення калайдэр, БАК, які будуецца ў Цэрне (блізу Жэневы, Швейцарыя) дазволіць нам у канчатковым выніку зонд тэорыі вялікіх дадатковых вымярэнняў і альбо знайсці іх і паказаць, што ідэя на самай справе няслушна. Але нам прыйдзецца чакаць яшчэ шэсць год або каля таго, перш чым мы даведаемся, што.
Калі ў вас ёсць пытанні наконт гэтага даследавання, калі ласка, звяжыцеся з Грег Ландсберг ў Універсітэце Браўна, landsberg@hep.brown.edu.