Наша Вселенная, возможно, скрывает в себе нечто удивительное: дополнительные измерения, которые могут стать ключом к разгадке двух самых загадочных вопросов современной физики. Новое теоретическое исследование, проведенное профессором Дитером Люстом и его коллегами, предлагает интересный подход. Согласно их теории, пространство может содержать два скрытых измерения, каждое размером около микрона. Эти измерения могут помочь объяснить, почему силы во Вселенной так сильно различаются, а также почему энергия вакуума так мала.
Проблема иерархии: почему массы частиц настолько малы?
Одна из главных загадок физики называется проблемой калибровочной иерархии. Она заключается в том, что массы частиц, описанных Стандартной моделью (например, бозон Хиггса), настолько малы по сравнению с масштабом гравитации. Например, энергия, связанная с массой Планка (примерно 10^19 гигаэлектронвольт), на 16-17 порядков больше энергии бозона Хигга (около 1 ТэВ). Это огромное несоответствие стало одним из самых значительных вызовов для физиков.
Вторая загадка, проблема космологической иерархии, связана с энергией вакуума. Эта энергия, которая приводит к ускоренному расширению Вселенной, также на порядки меньше ожидаемых значений. Если дополнительные измерения могут помочь объяснить проблему калибровочной иерархии, то они также могут решить вопрос о том, почему вакуумная энергия так мала.
Как дополнительные измерения могут помочь?
Теория Люста и его коллег предлагает интересное решение: два дополнительных измерения, размером с микрон. Эти измерения изменят поведение гравитации на очень малых расстояниях, сблизив ее с другими фундаментальными силами. В такой модели фундаментальный масштаб гравитации снижается до 10 ТэВ, что ближе к энергетическим диапазонам Стандартной модели.
Это объяснение естественным образом связывает две загадки: проблему иерархии и проблему вакуума. Если масса Планка оказывается всего 10 ТэВ вместо предсказанного гравитацией значения, то разрыв между теорией и наблюдаемыми данными значительно сокращается. Кроме того, дополнительные измерения могут быть связаны с темной материей. Частицы Калуцы-Клейна, которые возникают в результате геометрии дополнительных измерений, могут стать кандидатами на роль носителей темной материи.
Проверка теории: что дальше?
Хотя теория пока находится на ранних стадиях развития, она уже нашла отклик у экспериментаторов. Существующие и в разработке приборы могут измерить отклонения от закона Ньютона на микронных расстояниях. Эти эксперименты, возможно, дадут ответ на вопрос о существовании дополнительных измерений уже через несколько лет.
Также существует возможность проверить теорию в рамках экспериментов на Большом адронном коллайдере (БАК), которые исследуют энергетические уровни около 10 ТэВ.
Заключение
Если теория верна, она изменит наше понимание Вселенной на фундаментальном уровне. Два дополнительных измерения, размером с микрон, могут объяснить две главные загадки современной физики и даже стать ключом к пониманию темной материи. Как говорит сам Дитер Люст: «Мы могли бы проверить саму форму нашей Вселенной — и ее скрытые измерения — в лаборатории».
Это открывает новые горизонты в фундаментальной физике и подчеркивает важность экспериментального подтверждения теоретических предположений
