Лиза Рэндалл - Закрученные пассажи: Проникая в тайны скрытых размерностей пространства.

Аналогично, симметрии говорят вам, что не все взаимодействия могут возникнуть. Даже если взаимодействуют много частиц, в общем случае квантовые вклады не порождают взаимодействий, нарушающих симметрию, если классические взаимодействия эту симметрию сохраняют. Если вы не начали с нарушающих симметрию взаимодействий, вы никогда не породите такого взаимодействия (не считая известных редких аномалий, упомянутых в гл. 14), даже если вы включите все возможные взаимодействия с участием виртуальных частиц. Требуя симметрии накрытого стола, вы всегда придете к тождественным приборам, независимо от того, сколько раз вы изменили набор, добавляя, например, ложки для грейпфрута или ножи для стейка. Аналогично, взаимодействия, которые несовместимы с симметрией, не будут индуцироваться, даже если принимать во внимание квантово-механические эффекты. Если симметрия не была нарушена в классической теории, то не будет существовать ни одного пути, где бы при движении частицы возникали нарушающие симметрию взаимодействия.

До недавнего времени физики полагали, что симметрии — это единственный способ избежать анархического принципа. Но, как однажды поняли мы с Раманом, наевшись вдоволь мороженого, другим таким способом являются разделенные браны. Главная причина, почему дополнительные измерения показались мне с самого начала столь многообещающими, состояла в том, что они предлагали объяснение, отличное от соображений симметрии, почему ограниченные или необычные типы взаимодействий могли быть естественными. Уединение нежелательных частиц может предотвратить появление нежелательных взаимодействий, так как они в общем случае не возникают между частицами, находящимися на разных бранах.

Частицы на разных бранах не взаимодействуют сильно, так как взаимодействия всегда локальны — непосредственно взаимодействуют только частицы, находящиеся в одном месте. Уединенные частицы могут контактировать с частицами на других бранах, но только если имеются взаимодействующие частицы, которые могут перемещаться от одной браны к другой. Как Икар на Тюремной бране, частицы на разных бранах обладают ограниченными средствами связи друг с другом, так как у них нет никаких иных способов, кроме приглашения посредника. Даже если такие косвенные взаимодействия возникают, они часто оказываются очень малыми, так как промежуточные частицы в балке, в частности, имеющие массу, очень редко перемещаются на большие расстояния.

Это подавление взаимодействий между частицами, уединенными в разных местах, можно сравнить с глушением международной информации в стране, которую я назову Ксенофобией, где правительство внимательно контролирует границы и средства массовой информации. В Ксенофобии не обеспечиваемая локально информация может быть получена только от иностранных гостей, которые ухитряются в нее въехать, или из газет или книг, ввозимых контрабандой.

Аналогично, разделенные браны представляют платформу, опираясь на которую можно обойти анархический принцип, удваивая таким образом набор инструментов в распоряжении у природы для того, чтобы гарантировать отсутствие нежелательных взаимодействий. Еще одним достоинством уединения является то, что оно может даже защитить частицы от эффектов нарушения симметрии. До тех пор пока нарушение симметрии происходит достаточно далеко от этих частиц, оно будет оказывать на них весьма незначительное воздействие. Когда нарушение симметрии уединяется, это напоминает карантин при заразной болезни, когда больному не разрешают свободно перемещаться. Или, возвращаясь к другой аналогии, любые драматические события, происходящие вне Ксенофобии, не окажут никакого влияния на саму страну, если не будет вмешательства извне. Без проницаемых границ Ксенофобия могла бы существовать независимо от остального мира.

Конкретная проблема, которую мы с Раманом исследовали летом 1998 года, состояла в том, чтобы понять, как уединение могло бы работать в природе, приводя ко вселенной с нарушенной суперсимметрией и со всеми теми свойствами, что мы наблюдаем. Мы видели, что суперсимметрия может изящно защитить иерархию и гарантировать, что все большие квантово-механические вклады в массу хиггсовской частицы дадут при сложении в сумме нуль. Но, как мы видели в гл. 13, даже если суперсимметрия существует в природе, она должна быть нарушена, для того чтобы объяснить, почему мы наблюдаем частицы, но не их суперпартнеров.

К сожалению, большинство моделей с нарушенной симметрией предсказывает взаимодействия, отсутствующие в природе, и такие модели вряд ли могут быть правильными. Раман и я хотели найти физический принцип, который могла бы использовать природа для защиты себя от этих нежелательных взаимодействий, так чтобы с помощью этого принципа мы могли бы улучшить теорию.

Мы сосредоточились на нарушении суперсимметрии в модели мира на бране. Миры на бранах могут сохранять суперсимметрию. Но так же, как в четырех измерениях, суперсимметрия может быть спонтанно нарушена, когда какая-то часть теории содержит частицы, не сохраняющие суперсимметрию. Раман и я поняли, что если все частицы, ответственные за нарушение суперсимметрии, были бы отделены от частиц Стандартной модели, модель с нарушенной суперсимметрией стала бы менее проблематична.

Поэтому мы предположили, что частицы Стандартной модели удерживаются на одной бране, а частицы, ответственные за нарушение суперсимметрии, уединены на другой. Мы заметили, что в такой системе не обязательно возникают опасные взаимодействия, которые может индуцировать квантовая механика. Кроме эффектов нарушения суперсимметрии, которые могут передаваться через промежуточные частицы в балке, взаимодействия частиц Стандартной модели будут такими же, как и в теории с ненарушенной суперсимметрией. Таким образом, так же как в теории с точной суперсимметрией, нежелательные изменяющие аромат взаимодействия, несовместимые с экспериментами, не будут возникать. Частицы в балке, взаимодействующие с частицами как на нарушающей суперсимметрию бране, так и на бране Стандартной модели, будут точно определять, какие взаимодействия возможны, и среди них не будет с необходимостью запрещенных взаимодействий.

Конечно, некоторое нарушение суперсимметрии должно быть передано частицам Стандартной модели. В противном случае ничто не сможет увеличить массы суперпартнеров. Хотя мы не знаем точных значений масс суперпартнеров, экспериментальные ограничения совместно с ролью суперсимметрии в защите иерархии примерно указывают, каковы должны быть их массы.

Из экспериментальных ограничений можно получить качественные связи между массами суперпартнеров. Грубо говоря, все суперпартнеры имеют примерно одинаковые массы, и эти массы примерно равны масштабу массы слабых взаимодействий, равному 250 ГэВ. Нам нужно убедиться, что массы суперпартнеров попадают в этот интервал, но при этом нежелательные взаимодействия по-прежнему не возникают. Для того чтобы теория уединенного нарушения суперсимметрии имела шанс оказаться правильной, все должно складываться гармонично.