Диалоги (апрель 2003 г.) - Александр Гордон

В частности, была совершенно замечательная история. В конце работы ускорителя ЛЭП-2, незадолго до её окончания, было найдено указание на то, что есть некий небольшой резонансик, количество событий там превышало уровень фона, что указывало на то, что, возможно, есть Хиггс с массой порядка 115 ГэВ. Этот вопрос очень широко обсуждался в научной среде, а в результате директорат ЦЕРНа должен был принять решение: продлевать ли работу ЛЭП-2 дальше, потому что единственное, чего не хватало, это статистики. То есть нужно было больше событий, чтобы подтвердить результат более достоверно.

А.Г. Уйти от шума.

Э.Б. Уйти от шума, совершенно верно. Но для этого, по оценкам специалистов, нужно было ещё поработать год. Но если поработать год, тогда существенно затягивался запуск следующего ускорителя, который планируется в ЦЕРНе, так называемого «Large Hadron Collider», огромного коллайдера. И затяжка на год здесь приводила к тому, что пуск этого коллайдера мог затянуться на очень долгие годы.

А.Г. И они решили отложить…

Э.Б. И поэтому в итоге обнаружение было отложено.

И.В. Я думаю, что мы очень хорошо рассказали о Стандартной Модели…

А.Г. Да, я всё понял, теперь о проблемах.

И.В. Проблем много. Очень хорошая модель, но проблем, конечно, много.

Э.Б. На самом деле Стандартная Модель – это некая схема и она, по существу, не отвечает ни на один фундаментальный вопрос «почему?» Собственно говоря, почему три поколения (вы задали совершенно справедливый вопрос)? почему есть аналогия между лептонами и кварками, так называемая кварк-лептонная аналогия?

И.В. Но не полная. Пока нейтрино безмассовое, это не полная аналогия.

Э.Б. Да, и потом ещё с такой большой разницей масс у поколений. Когда 0,5 МэВ (МэВ – это 10^-3 ГэВ) масса у электрона, с одной стороны, и 175 ГэВ – масса Т-кварка. Много-много порядков разница в массах – это тоже необъяснённый факт. Он, в общем-то, параметризуется через механизм Хиггса, но это, скорее, просто описание без глубокого понимания, почему так произошло. Также лептоны и кварки обладают разными квантовыми числами, такими как лептонный заряд, барионный заряд, электрический заряд.

И.В. Почему, например, у кварков дробный электрический заряд, в то время как у лептонов целочисленный – это тоже вопрос, на который Стандартная Модель не отвечает. Ну, и наконец, почему гравитационные взаимодействия остаются в стороне, почему взаимодействия Стандартной Модели так сильно отличаются по своей силе от гравитационного взаимодействия? Даже и трудно себе представить, как можно их сблизить.

Э.Б. И одна из наиболее серьёзных (в какой-то степени, может быть, технических, но с другой стороны, и фундаментальных) проблем Стандартной Модели – это объяснение или, точнее, отсутствие объяснения в этой модели: собственно говоря, почему Хиггс-бозон, если он есть, почему он может быть таким лёгким, как 175 или 115, например, ГэВ. Дело в том, что массе Хиггса можно задать такое значение, но Стандартная Модель – это квантовая теория поля, а в квантовой теории поля есть радиационные поправки к любой величине.

Так вот, радиационные поправки к массе Хиггса приводят к тому, что они могут быть очень большими. У нас фундаментальный масштаб здесь – это величина порядка сотни ГэВ. Если следующий фундаментальный масштаб – это масса Планка (10^-19 ГэВ), то тогда, в общем-то, не видно особых причин, почему этот Хиггс туда радиационными поправками не будет отодвигаться. Связь между этими масштабами и почему они настолько сильно отличаются – это называется проблемой иерархии масштабов. А проблема с массой Хиггса (почему она может быть такой маленькой) – это так называемая проблема натуральности Стандартной Модели. То есть должен быть какой-то механизм или симметрия, которая не позволяла бы этой массе уходить так далеко. Или теория должна как-то видоизмениться.

А.Г. То, что мы представляем себе для величин астрофизических, то есть почему звёзды расположены относительно масштабов Солнечной системы так редко, а вообще-то, равномерно и повсеместно? Почему чёрная дыра, обладая маленьким объёмом, обладает огромной массой? Это всё мы представляем в этих сверхвеличинах, и теперь нужно найти ответы, которые бы объясняли, как одно с другим соединить.

Э.Б. И мы тоже обсуждали этот вопрос. Обычно люди обсуждают теории типа суперструн, которые начинаются на масштабах Планка, где-то 10^-19 ГэВ, и потом делается редукция и смотрится, что же можно получить на масштабах примерно 100 ГэВ – это очень сложный переход, до конца никем не понятый.

И.В. Корректно не проделанный.

Э.Б. Корректно не проделанный, тут очень много вопросов. И предсказательная сила в результате становится не такой большой. Мы думали, что пойдём с другой стороны от тех проблем, которые есть на этих 100 ГэВах, и как можно было бы продвинуться, сделать шаг туда…

А.Г. Учитывая, что дополнительного времени нам никто не даст в этой программе, расскажите, пожалуйста, о ваших путях.

И.В. Существует много путей выхода за рамки Стандартной Модели. Необходимо всё это анализировать, потому что в планируемых экспериментах новые события нужно каким-то образом оценивать, нужно попытаться понять в пользу какой теории они свидетельствуют, и существует много разных гипотез, находящихся за рамками Стандартной Модели. Многие просто развивают логику Стандартной Модели, продолжают дальше так называемый калибровочный принцип, который лежит в её основе.

Но может быть, один из наиболее радикальных способов – это гипотеза о существовании дополнительных измерений пространства-времени. Гипотеза очень старая. Высказана оно была в начале 20-х годов прошлого века Томасом Калуцей. Причём, интересно, что к этой гипотезе некоторое отношение, с самого её рождения, имел Альберт Эйнштейн, потому что работа Томаса Калуцы, была представлена в Прусскую Академию наук именно Альбертом Эйнштейном. Работа называлась «О проблеме единства физики», и эта работа фактически была второй попыткой построения объединённых теорий.

В начале 20-го века было известно только два взаимодействия – гравитационное и электромагнитное – те взаимодействия, которые присутствуют в макроскопическом мире. И, конечно, физики пытались объединять эти взаимодействия в некоторые универсальные. Первая попытка была сделана Вейлем в 1918-м году, там была сложная теория, но четырехмерная. И вот, по-видимому, под влиянием идеи Вейля, Калуца в 1921-м году объединил, как он считал, гравитацию и электромагнетизм в рамках пятимерной теории гравитации. А именно – он заметил, что если рассматривать чистую гравитацию в пятимерном пространстве, и предположить, что гравитационное поле не зависит от координаты пятого дополнительного измерения, то оказывается, что такая теория с точки зрения четырехмерного наблюдателя, будет представлять собой четырехмерную теорию гравитации плюс электромагнетизм. Вот такая замечательная вещь.

А.Г. Введение пятого измерения позволяет объединить эти два взаимодействия.

И.В. Да, Калуца считал, что введение пятого измерения позволяет объединить эти два взаимодействия. При этом вектор-потенциал электромагнитного поля возникает из смешанных компонентов метрического тензора, которые отвечают и четырехмерному пространству, и дополнительному измерению. Это так называемый вектор-потенциал. И вот Калуца обратил на это внимание.

В 20-х годах прошлого века был ещё ряд работ на эту тему, разные физики об этом писали, и, по-видимому, идея имела даже широкий общественный резонанс, потому что, если помните, в романе Булгакова «Мастер и Маргарита» бал Воланда проходил именно в дополнительном измерении. Как московская квартира могла всё это вместить, не представляет труда понять тому, кто хорошо знаком с теорией пятого измерения. По-видимому, это волновало умы людей уже и в то время.

Ещё одна интересная работа была тоже в 20-х годах, тоже посвящённая теории Калуцы – работа Оскара Клейна. В этой работе он впервые попытался объединить принципы квантовой механики с гипотезой о существовании дополнительного измерения. Он пришёл к интересному выводу, что если существует дополнительное измерение, то зависимость волновой функции от координаты дополнительного измерения должна определяться массами частиц. В общем, это правильный вывод, который позже подтвердился, но не в такой форме, как предполагал этой Клейн.

Но в 20-е годы так и не смогли решить проблему, почему же это дополнительное измерение не наблюдаемо, то есть если есть дополнительные измерения, то почему же мы…

А.Г. Продолжаем жить в четырехмерном?

И.В. Продолжаем жить в четырех измерениях, а не расширяем наш мир, или наши квартиры, совершенно безгранично в это пятое измерение.