Большие дополнительные измерения

Эта статья находится на начальном уровне проработки, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис

Большие дополнительные измерения, ADD,LED — собирательное название теорий физики элементарных частиц, предполагающих что четырёхмерное пространство-время Стандартной модели располагается на бране, погруженной в многомерное пространство, включающее, помимо четырёхмерного пространства-времени, большие или бесконечные дополнительные измерения. Электромагнитное, сильное и слабое взаимодействия действуют внутри четырех измерений этой браны, а гравитоны, кроме того, могут распространяться через дополнительные измерения. Предполагается, что на основе таких теорий можно найти решение ряда физических проблем: проблемы иерархии, проблемы космологической постоянной и т.д.[1][2][3] Идея больших дополнительных измерений была выдвинута Нимой Аркани-Хамедом, Савасом Димопулосом и Джиа Двали в 1998 году.[4][5] Предполагается, что излучение гравитонов в дополнительные измерения позволит экспериментально проверить теорию больших дополнительных измерений на современных ускорителях при энергиях столкновения порядка ТэВ.[1][6] Один из способов проверить теорию заключается в столкновении двух протонов в Большом адронном коллайдере или электрона и позитрона в электронном ускорителе так, чтобы при их столкновении образовался гравитон, который мог бы излучиться в дополнительные измерения, что привело бы к уменьшению наблюдаемой энергии и поперечного импульса.[1] До сих пор ни один эксперимент на Большом адронном коллайдере не обнаружил подобного эффекта.[7][8][9][10][11][12]

Проблема иерархии

Традиционно в теоретической физике энергия Планка является самой высокой энергией, и все энергии измеряются в долях энергии Планка. Существует большой разрыв между энергией гравитационных, электрослабых взаимодействий и энергией Планка (проблема иерархии).[1] В теориях больших дополнительных измерений фундаментальным параметром является не планковская масса, а массовый масштаб многомерного гравитационного взаимодействия, который может быть значительно меньше планковской массы[1] Если фундаментальный масштаб гравитационного взаимодействия близок к масштабу электрослабого взаимодействия, проверка фундаментальной теории квантовой гравитации, такой как теория струн, может быть осуществлена на таких коллайдерах, как Теватрон или БАК. [13][14][12][15][16][17][18][19][20][21][22]

Теория больших дополнительных измерений даёт альтернативное принятому в Стандартной модели объяснение механизма качелей для массы нейтрино.[23][24][25][26]

Распад протона

Серъезной проблемой теорий больших дополнительных измерений является распад протона за очень малое время в случае масштаба квантовой гравитации порядка нескольких ТэВ.[1] Она решается введением дискретных калибровочных симметрий. [27][28][29][30][31]

Экспериментальная проверка

Анализ экспериментальных данных, полученных на Большом адронном коллайдере, сильно ограничивает допустимые параметры теорий с большими дополнительными измерениями.[7][8][9][10][11][12]

Коллаборация Fermi-LAT в 2012 году опубликовала ограничения для больших дополнительных измерений, полученные в результате астрофизических наблюдений нейтронных звезд. Если масштаб объединения всех фундаментальных взаимодействий в ADD равен TeV, то при числе дополнительных измерений [math]\displaystyle{ n \lt 4 }[/math] представленные ей результаты подразумевают, что топология компактификации более сложная, чем тор, т.е. все большие дополнительные измерения имеют одинаковый размер. Для плоских больших дополнительных измерений одинакового размера допускаются лишь [math]\displaystyle{ n \geqslant 4 }[/math].[32][33]

См. также

Примечания

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 Рубаков В. А. "Большие и бесконечные дополнительные измерения" // УФН, т. 171, с. 913–938 (2001)
  2. ↑ Барвинский А. О. "Космологические браны и макроскопические дополнительные измерения" // УФН, т. 175, с. 569–601 (2005)
  3. ↑ (2010) «Large Extra Dimensions: Becoming Acquainted with an Alternative Paradigm». International Journal of Modern Physics A 25 (2n03): 199–225. arXiv:0907.3074. doi:10.1142/S0217751X10048548. Bibcode: 2010IJMPA..25..199S.
  4. ↑ (1998) «The Hierarchy problem and new dimensions at a millimeter» B429 (3–4): 263–272. arXiv:hep-ph/9803315. doi:10.1016/S0370-2693(98)00466-3. Bibcode: 1998PhLB..429..263A.
  5. ↑ (1999) «Phenomenology, astrophysics and cosmology of theories with submillimeter dimensions and TeV scale quantum gravity». Physical Review D59 (8): 086004. arXiv:hep-ph/9807344. doi:10.1103/PhysRevD.59.086004. Bibcode: 1999PhRvD..59h6004A.
  6. ↑ Hossenfelder, Sabine Backreaction: Large Extra Dimensions – Not Dead Yet. Backreaction (21 декабря 2012). Дата обращения: 3 апреля 2019. Архивировано 3 апреля 2019 года.
  7. ↑ 7,0 7,1 CMS Collaboration (2011). «Search for Microscopic Black Hole Signatures at the Large Hadron Collider». Physics Letters B 697 (5): 434–453. arXiv:1012.3375. doi:10.1016/j.physletb.2011.02.032. Bibcode: 2011PhLB..697..434C.
  8. ↑ 8,0 8,1 CMS Collaboration (2012). «Search for microscopic black holes in pp collisions at √s = 7 TeV». Journal of High Energy Physics 2012 (4). arXiv:1202.6396. doi:10.1007/JHEP04(2012)061. Bibcode: 2012JHEP...04..061C.
  9. ↑ 9,0 9,1 ATLAS Collaboration (2013). «Search for microscopic black holes in a like-sign dimuon final state using large track multiplicity with the ATLAS detector». Physical Review D 88 (7). arXiv:1308.4075. doi:10.1103/PhysRevD.88.072001. Bibcode: 2013PhRvD..88g2001A.
  10. ↑ 10,0 10,1 ATLAS Collaboration (2014). «Search for Quantum Black-Hole Production in High-Invariant-Mass Lepton+Jet Final States Using Proton–Proton Collisions at √s = 8 TeV and the ATLAS Detector». Physical Review Letters 112 (9). arXiv:1311.2006. doi:10.1103/PhysRevLett.112.091804. PMID 24655244. Bibcode: 2014PhRvL.112i1804A.
  11. ↑ 11,0 11,1 ATLAS Collaboration (2014). «Search for microscopic black holes and string balls in final states with leptons and jets with the ATLAS detector at √s = 8 TeV». Journal of High Energy Physics 2014 (8). arXiv:1405.4254. doi:10.1007/JHEP08(2014)103. Bibcode: 2014JHEP...08..103A.
  12. ↑ 12,0 12,1 12,2 ATLAS Collaboration (2016). «Search for strong gravity in multijet final states produced in pp collisions at √s = 13 TeV using the ATLAS detector at the LHC». Journal of High Energy Physics 2016 (3). arXiv:1512.02586. doi:10.1007/JHEP03(2016)026. Bibcode: 2016JHEP...03..026A.
  13. ↑ (1998) «New dimensions at a millimeter to a Fermi and superstrings at a TeV». Physics Letters B436 (3–4): 257–263. arXiv:hep-ph/9804398. doi:10.1016/S0370-2693(98)00860-0. Bibcode: 1998PhLB..436..257A.
  14. ↑ (2005) «Type IIA moduli stabilization». Journal of High Energy Physics 0507 (7): 066. arXiv:hep-th/0505160. doi:10.1088/1126-6708/2005/07/066. Bibcode: 2005JHEP...07..066D.
  15. ↑ (2001) «Black holes at the LHC». Physical Review Letters 87 (16): 161602. arXiv:hep-ph/0106295. doi:10.1103/PhysRevLett.87.161602. PMID 11690198. Bibcode: 2001PhRvL..87p1602D.
  16. ↑ (2002) «High-energy colliders as black hole factories: The End of short distance physics». Physical Review D65 (5): 056010. arXiv:hep-ph/0106219. doi:10.1103/PhysRevD.65.056010. Bibcode: 2002PhRvD..65e6010G.
  17. ↑ (2002) «Transplanckian collisions at the LHC and beyond». Nuclear Physics B630 (1): 293–325. arXiv:hep-ph/0112161. doi:10.1016/S0550-3213(02)00142-6. Bibcode: 2002NuPhB.630..293G.
  18. ↑ D. Bourilkov (1999). «Analysis of Bhabha scattering at LEP2 and limits on low scale gravity models». Journal of High Energy Physics 9908 (8): 006. arXiv:hep-ph/9907380. doi:10.1088/1126-6708/1999/08/006. Bibcode: 1999JHEP...08..006B.
  19. ↑ (2000) «Drell-Yan and diphoton production at hadron colliders and low scale gravity models». Physical Review D62 (7): 076003. arXiv:hep-ph/9909218. doi:10.1103/PhysRevD.62.076003. Bibcode: 2000PhRvD..62g6003C.
  20. ↑ T. Rizzo (1999). «Using scalars to probe theories of low scale quantum gravity». Physical Review D60 (7): 075001. arXiv:hep-ph/9903475. doi:10.1103/PhysRevD.60.075001. Bibcode: 1999PhRvD..60g5001R.
  21. ↑ (1999) «Collider signatures from the brane world». Physics Letters B458 (2–3): 274–282. arXiv:hep-ph/9904262. doi:10.1016/S0370-2693(99)00609-7. Bibcode: 1999PhLB..458..274S.
  22. ↑ (1999) «Collider tests of compact space dimensions using weak gauge bosons». Physical Review Letters 83 (11): 2112–2115. arXiv:hep-ph/9904220. doi:10.1103/PhysRevLett.83.2112. Bibcode: 1999PhRvL..83.2112B.
  23. ↑ (2002) «Neutrino masses from large extra dimensions». Physical Review D65 (2): 024032. arXiv:hep-ph/9811448. doi:10.1103/PhysRevD.65.024032. Bibcode: 2002PhRvD..65b4032A.
  24. ↑ (1999) «Probing large extra dimensions with neutrinos». Nuclear Physics B563 (1–2): 63–81. arXiv:hep-ph/9904211. doi:10.1016/S0550-3213(99)00574-X. Bibcode: 1999NuPhB.563...63D.
  25. ↑ (2000) «Neutrino masses and mixings in nonfactorizable geometry». Physics Letters B474 (3–4): 361–371. arXiv:hep-ph/9912408. doi:10.1016/S0370-2693(00)00054-X. Bibcode: 2000PhLB..474..361G.
  26. ↑ N. Arkani-Hamed; L. Hall; H. Murayama; D. Smith & N. Weiner (2000), Neutrino masses at v3/2, arΧiv:hep-ph/0007001. 
  27. ↑ (2000) «Hierarchies without symmetries from extra dimensions». Physical Review D61 (3): 033005. arXiv:hep-ph/9903417. doi:10.1103/PhysRevD.61.033005. Bibcode: 2000PhRvD..61c3005A.
  28. ↑ (2000) «Split fermions in extra dimensions and exponentially small cross-sections at future colliders». Physical Review D61 (11): 115004. arXiv:hep-ph/9909411. doi:10.1103/PhysRevD.61.115004. Bibcode: 2000PhRvD..61k5004A.
  29. ↑ (2001) «New tools for fermion masses from extra dimensions». Journal of High Energy Physics 0111 (11): 051. arXiv:hep-ph/0110126. doi:10.1088/1126-6708/2001/11/051. Bibcode: 2001JHEP...11..051K.
  30. ↑ (2001) «Split fermions in extra dimensions and CP violation». Physics Letters B506 (1–2): 115–122. arXiv:hep-ph/0012289. doi:10.1016/S0370-2693(01)00389-6. Bibcode: 2001PhLB..506..115B.
  31. ↑ (2000) «Flavor at the TeV scale with extra dimensions». Physical Review D 61 (11): 116003. arXiv:hep-ph/9909326. doi:10.1103/PhysRevD.61.116003. Bibcode: 2000PhRvD..61k6003A.
  32. ↑ M. Ajello (2012). «Limits on Large Extra Dimensions Based on Observations of Neutron Stars with the Fermi-LAT». Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 2012 (2): 012. arXiv:1201.2460. doi:10.1088/1475-7516/2012/02/012. Bibcode: 2012JCAP...02..012F.
  33. ↑ Bijan Berenji. Search for Large Extra Dimensions Based on Observations of Neutron Stars with the Fermi-LAT (2012). Дата обращения: 12 июня 2022. Архивировано 25 октября 2021 года.

Дальнейшее чтение

Источник — https://xn--h1ajim.xn--p1ai/index.php?title=Большие_дополнительные_измерения&oldid=7045877