Наш Всесвіт може приховувати щось дивовижне: додаткові виміри, які можуть стати ключем до вирішення двох найзагадковіших питань сучасної фізики. Нове теоретичне дослідження професора Дітера Луста та його колег пропонує цікавий підхід. Згідно з їхньою теорією, космос може містити два прихованих виміри, кожен розміром близько мікрона. Ці вимірювання можуть допомогти пояснити, чому сили у Всесвіті так сильно змінюються, а також чому енергія вакууму така низька.
Проблема ієрархії: чому маси частинок такі малі?
Одна з головних загадок фізики називається проблемою калібрувальної ієрархії. Вона полягає в тому, що маси частинок, описані Стандартною моделлю (наприклад, бозон Хіггса), настільки малі в порівнянні з масштабом гравітації. Наприклад, енергія, пов’язана з масою Планка (приблизно 10^19 гігаелектронвольт), на 16-17 порядків перевищує енергію бозона Хігга (приблизно 1 ТеВ). Ця величезна розбіжність стала однією з найбільш серйозних проблем для фізиків.
Друга загадка, проблема космологічної ієрархії, пов’язана з енергією вакууму. Ця енергія, яка призводить до прискореного розширення Всесвіту, також на порядки менше очікуваних значень. Якщо додаткові виміри можуть допомогти пояснити проблему калібрувальної ієрархії, то вони також можуть допомогти вирішити питання про те, чому енергія вакууму така мала.
Чим можуть допомогти додаткові вимірювання?
Теорія Луста та його колег пропонує цікаве рішення: два додаткові розміри мікронного розміру. Ці вимірювання змінять поведінку гравітації на дуже коротких відстанях, наблизивши її до інших фундаментальних сил. У такій моделі фундаментальна шкала гравітації зменшена до 10 ТеВ, що ближче до енергетичних діапазонів Стандартної моделі.
Це пояснення природно пов’язує дві головоломки: проблему ієрархії та проблему вакууму. Якщо маса Планка виявляється лише 10 ТеВ замість значення, передбаченого гравітацією, то розрив між теорією та даними спостережень значно зменшується. Крім того, додаткові виміри можуть бути пов’язані з темною матерією. Частинки Калуци-Клейна, які виникають із геометрії додаткових вимірів, можуть бути кандидатами на носії темної матерії.
Перевірка теорії: що далі?
Хоча теорія ще знаходиться на ранніх стадіях розробки, вона вже знайшла відгук серед експериментаторів. Існуючі прилади та ті, що розробляються, можуть вимірювати відхилення від закону Ньютона на мікронних відстанях. Ці експерименти можуть дати відповідь на питання про існування додаткових вимірів протягом кількох років.
Також можна перевірити теорію за допомогою експериментів на Великому адронному колайдері (LHC), який досліджує рівні енергії близько 10 ТеВ.
Висновок
Якщо теорія правильна, вона змінить наше розуміння Всесвіту на фундаментальному рівні. Два додаткові розміри мікронного розміру можуть пояснити дві найбільші таємниці сучасної фізики і навіть стати ключем до розуміння темної матерії. Як каже сам Дітер Люст: «Ми могли б перевірити саму форму нашого Всесвіту — і його приховані виміри — в лабораторії».
Це відкриває нові горизонти у фундаментальній фізиці та підкреслює важливість експериментального підтвердження теоретичних припущень
