html текст
All interests
  • All interests
  • Design
  • Food
  • Gadgets
  • Humor
  • News
  • Photo
  • Travel
  • Video
Click to see the next recommended page
Like it
Don't like
Add to Favorites

FAQ: Микрочёрные дыры

7 фактов о гипотетических объектах, обнаружение которых укажет на существование дополнительных измерений

Микрочёрные дыры – очень интересные гипотетические объекты. Их пока никто не наблюдал, но их поиски в настоящее время активно ведутся на коллайдерах: ранее на Тэватроне, а сегодня на Большом адронном коллайдере.

1

Чёрные дыры – свархмассивные объекты, представления о которых возникли в общей теории относительности. Сегодня практически нет сомнений, черные дыры обнаружены во Вселенной. Но в коллайдерной физике понятие микрочёрных дыр возникло в связи с с обсуждаемыми физиками возможными отклонениями от Стандартной модели, представляющей собой основу современного понимания устройства микромира. Одно из таких возможных отклонений – это существование компактных дополнительных измерений пространства-времени, в котором характерный гравитационный масштаб может быть существенно меньше массы Планка. Масса Планка определяется гравитационной постоянной Ньютона в нашем обычном четырехмерном пространсте-времени и играет ключевую роль в общей теории относительности. В пространстве с дополнительными компактными измерениями с существенно меньшим характерным гравитационным масштабом масса чёрных дыр может быть, соответственно, намного меньше масс черных дыр во Вселенной. Это привело к гипотезе, что такие объекты могут существовать в расширениях Стандартной модели, их массы могут находиться в области доступной на современных коллайдерах и, соответственно, их надо искать в коллайдерных экспериментах, особенно на БАК.

Friedrich W. Hehl, Claus Kiefer, Ralph J. K. Metzler (Eds.) Black holes: Theory and observation (Proceedings of the 179th W. E. Heraeus Seminar Held at Bad Honnef, Germany, 18—22 August 1997) / Springer, 1998. Lecture Notes in Physics 514.
P.C.Argyres, S.Dimopoulos and J.March-Russell, "Black holes and submillimeter dimensions", Phys. Lett. B 441, 96 (1998)
S.Dimopoulos and G.L.Landsberg, "Black holes at the LHC", Phys. Rev. Lett. 87, 161602 (2001)

2

Поскольку появилось понятие микрочёрной дыры, то у многих людей возникли опасения, что они родятся на коллайдере, начнут поглощать сначала сам коллайдер, потом Женеву, потом Землю и так далее. Учёные весьма серьёзно отнеслись к этому аспекту. Были проведены специальные исследования, которые показали, что никакой опасности нет. Эти исследования были основаны на том, что на Землю всё время падают космические лучи, и часть из них имеет существенно большую энергию, чем БАК. Можно посчитать, сколько таких частиц упало на нас за время существования Земли, – гораздо больше, чем ожидается столкновений на БАК, однако ничего не случилось. Ничего такого катастрофического не было замечено и на Солнце, которое значительно больше Земли и на которое попало соответственно значительно больше протонов очень больших знергий из космоса.

J.R.Ellis, G.Giudice, M.L.Mangano, I.Tkachev and U.Wiedemann, "Review of the Safety of LHC Collisions", J. Phys. G 35, 115004 (2008)

3

Если энергия столкновения достаточна для того, чтобы появилась микрочёрная дыра, она может родиться, однако, практически мгновенно испаряется. Это испарение будет выглядеть как рождение в одной точке многих кварков и лептонов. Родившиеся кварки высоких энергий дадут струи – потоки коллимированных частиц в одном направлении. Таким образом, ожидается множественное рождение лептонов и струй из точки столкновения. Это весьма необычные события, которое бы указывали на возможное обнаружение микрочёрных дыр. Пока ничего подобного не было найдено, и тем самым были поставлены ограничения на массы и другие параметры таких чёрных дыр. На коллайдере Тэватрон чёрные дыры искались до окончания его работы в сентябре 2011 года. Были получены первые ограничения снизу на массы этих объектов, несколько меньше, чем 1 ТэВ (тераэлектронвольт, 1012 электронвольта). На БАК поиски были продолжены в 2011 году и ведутся в настоящее время. Современные ограничения на массы микрочерных дыр, полученные на БАК, составляют примерно 4-5 ТэВ.

S.Chatrchyan et al. [CMS Collaboration], "Search for microscopic black holes in pp collisions at sqrt(s) = 7 TeV", JHEP {\bf 1204}, 061 (2012)

4

Если микрочёрные дыры будут обнаружены, это станет грандиозным открытием, которое будет говорить о том, что наш мир имеет больше измерений, чем три пространственных и одно временное. Дополнительное измерение пространства – очень глубокая идея, которая впервые обсуждалась в начале ХХ века. В частности, она была высказана и проработана в работах Калуцы и Кляйна. Они пытались таким образом объединить гравитацию и электродинамику в единую теорию. Тогда очень быстро стало понятно, что ничего интересного из такой концепции не получалось, потому что предсказывалось, что у всех частиц, известных на то время, должны быть возбужденные состояния с массой порядка массы Планка, которые просто невозможно обнаружить.

Kaluza T. Zum Unitatssproblem in der Physik // Sitzungsber. Preuss. Akad. Wiss.Berlin. (Math. Phys.). 1921. P. 966-972; Klein O. Quantentheorie und funfdimensionale Relativitatstheorie // Zeit. Physik. 1926. V. 37. P. 895-906.

5

Интерес к этой идее то появлялся, то затухал, но настоящий бум произошел в самом конце 80-х годов, когда появилось несколько работ, в которых появилось понятие мембраны – поверхности в многомерном мире, в частности, на которой мы, может быть, живем. Иначе говоря, наш мир трехмерный потому, что это некая поверхность в многомерном мире. В таких вариантах теории появились рассуждения о том, что различные частицы и поля могут жить либо только на мембране, либо во всём пространстве, которое называется «балк». В одной из первых работ предполагалось вот, что все мы живем на мембране, и только гравитация может существовать вовне. В таком сценарии получалось, что гравитация может меняться на малых расстояниях порядка микрона или даже миллиметра. Мы великолепно знаем, что на больших действует гравитационный закон Ньютона и отклонения общей теории относительности, а вот на очень малых расстояниях гравитацию до этого не измеряли. Были поставлены тончайшие эксперименты, которые не обнаружили отклонений.

Arkani-Hamed N., Dimopoulos S., Dvali G. The Hierarchy Problem and New Dimensions at a Millimeter Phys. Lett. B. 1998. V. 429. P. 263-272

6

Позже стало понято, что эти простейшие модели с одной мембраной имеют целых ряд недостатков, и двое американских учёных, Лиза Рэндалл и Раман Сандрум построили модель с двумя мембранами, причем показали, что она может быть точным решением пятимерных уравнений Эйнштейна. Это породило огромный интерес, однако потом выяснились проблемы и этой модели. Затем появилось огромное количество моделей. Само наличие микрочёрных дыр – это модельно независимое предсказание, более-менее общее для всех сценариев дополнительных измерений, а вот детали того, что именно собой представляет микрочёрная дыра, как она рождается, как распадается, зависят от конкретной модели. Для того, чтобы подтвердить или опровергнуть какой-то сценарий, нужны будут более детальные исследования свойств этого объекта, если он будет обнаружен.

Randall L., Sundrum R. Large Mass Hierarchy from a Small Extra Dimension, Phys. Rev. Lett. 1999. V. 83. P. 3370-3373.

7

Кстати, предсказания теории с дополнительными измерениями – это не только и даже не столько существование микрочёрных дыр, сколько наличие спектра возбуждений у всех частиц, которые могут распространяться в балке. Обнаружение таких возбужденных состояний, которые называются модами Калуцы-Кляйна, будет одним из первых указаний на то, что существуют дополнительные измерения. Если, конечно, такие состояния существуют в природе, то, возможно, найти их будет проще, чем микрочёрные дыры.

Дополнительным измерениям и их проявлениям на коллайдерах посвящен ряд обзоров, по которым можно более детально ознакомиться с этой областью исследований. См., например:

Рубаков В.А. "Большие и бесконечные дополнительные измерения" // Обзоры актуальных проблем // Успехи физических наук. – 15/09/2001. – Т. 171, N 9. – с. 913-938.
Э.Э.Боос, В.Е.Буничев, И.П.Волобуев, М.Н.Смоляков «Геометрия, физика и феноменология модели Рэнадал-Сундрума», Физика элементарных частиц и атомного ядра (ЭЧАЯ)б т.43, вып. 1, 2012, с.82-154

Эдуард Боос

доктор физико-математических наук, профессор физического факультета МГУ, заведующий отделом экспериментальной физики высоких энергий НИИЯФ МГУ

Все материалы автора

Читать дальше
Twitter
Одноклассники
Мой Мир

материал с postnauka.ru

12

      Add

      You can create thematic collections and keep, for instance, all recipes in one place so you will never lose them.

      No images found
      Previous Next 0 / 0
      500
      • Advertisement
      • Animals
      • Architecture
      • Art
      • Auto
      • Aviation
      • Books
      • Cartoons
      • Celebrities
      • Children
      • Culture
      • Design
      • Economics
      • Education
      • Entertainment
      • Fashion
      • Fitness
      • Food
      • Gadgets
      • Games
      • Health
      • History
      • Hobby
      • Humor
      • Interior
      • Moto
      • Movies
      • Music
      • Nature
      • News
      • Photo
      • Pictures
      • Politics
      • Psychology
      • Science
      • Society
      • Sport
      • Technology
      • Travel
      • Video
      • Weapons
      • Web
      • Work
        Submit
        Valid formats are JPG, PNG, GIF.
        Not more than 5 Мb, please.
        30
        surfingbird.ru/site/
        RSS format guidelines
        500
        • Advertisement
        • Animals
        • Architecture
        • Art
        • Auto
        • Aviation
        • Books
        • Cartoons
        • Celebrities
        • Children
        • Culture
        • Design
        • Economics
        • Education
        • Entertainment
        • Fashion
        • Fitness
        • Food
        • Gadgets
        • Games
        • Health
        • History
        • Hobby
        • Humor
        • Interior
        • Moto
        • Movies
        • Music
        • Nature
        • News
        • Photo
        • Pictures
        • Politics
        • Psychology
        • Science
        • Society
        • Sport
        • Technology
        • Travel
        • Video
        • Weapons
        • Web
        • Work

          Submit

          Thank you! Wait for moderation.

          Тебе это не нравится?

          You can block the domain, tag, user or channel, and we'll stop recommend it to you. You can always unblock them in your settings.

          • PostNauka
          • домен postnauka.ru

          Get a link

          Спасибо, твоя жалоба принята.

          Log on to Surfingbird

          Recover
          Sign up

          or

          Welcome to Surfingbird.com!

          You'll find thousands of interesting pages, photos, and videos inside.
          Join!

          • Personal
            recommendations

          • Stash
            interesting and useful stuff

          • Anywhere,
            anytime

          Do we already know you? Login or restore the password.

          Close

          Add to collection

             

            Facebook

            Ваш профиль на рассмотрении, обновите страницу через несколько секунд

            Facebook

            К сожалению, вы не попадаете под условия акции