Пето мощност от мит или реалност

На ръба на неизвестното

V.K.Milyukov

И ние се опитваме да разберем как да експериментален факти и теоретични подходи, на която възможността за нов сътрудничество.

Как е "откритие" пета сила

В началото на 80-те години E.Fishbah с колеги, които работят по тълкуването на много сложни експериментални резултати, получени в това лабораторията. Ферми в изследването на разпадане на частиците, така наречените неутрален К при високи енергии. Причината за "атака" на конвенционален физика е фактът, че редица основни параметри на системата на неутрални K-мезони са според тези експериментални данни, в зависимост от енергията, която унищожава сакралното за Lorentz инвариантност физици.

Друг набор от експериментални данни, които доведоха до съмнявам валидността на съществуващите закони на физиката, геофизични измервания са били в Австралия. В продължение на няколко години, F. Стейси и колегите му от университета в Кливланд, извършени измервания гравитационни в открити мини и сондажи. Ако тежестта варира в съответствие със закона на гравитацията на Нютон, в сферично симетрично тяло на гравитационната сила на разстояние г от центъра на тялото зависи само на общата маса вътре сфера с радиус R и е обратно пропорционална на R 2 (обратен квадратен практика). Масите извън тази област не причиняват резултантната сила.

F. Стейси и неговата група измерената стойност с точност gravimeter тежестта на различни дълбочини в шахти. Едновременно измервания са проведени задълбочени дъскорезници плътност околната вала (както в дълбочина, и на повърхността). Естествено, стойността на измерената силата на гравитацията, варира в зависимост от дълбочината, тъй като променената Разстоянието до центъра на Земята и да се промени в рамките на този обхват на маса (земя не е еднакъв!). Тъй като те са знаели, гравитационната сила в даден дълбочина, както и плътността на околните скали, така че те биха могли да се предскаже подходящата сила малко над или малко под тази sloya.Mnogochislennye измервания, извършвани от групата, показа, че промяната в дълбочината на измерената тежестта е различна от предвидените стойности , Измерената стойност на силата на тежестта на повърхността са около 1% по-ниско от очакваното от измервания на дълбочината. Това несъответствие може да се обясни, като се приеме наличието на неизвестен слаб отблъскваща сила.

Fischbach предполага, че естеството на аномалиите открити в напълно различни експерименти - геофизични измервания и системата на неутрални K-мезони - едно и също, и предлагат да се обясни на тях наличието на нов отблъскваща сила, която е резултат от hypercharges за взаимодействие (за обикновен hypercharge вещество равна на сумата на масите протони и неутрони, т.е. приблизително еднаква маса и тя е равна на квантовата номер, наречен "странността") за k-мезони. За да се разбере механизмът на това взаимодействие, нека да преминем малко встрани и се опитват да разбера как да се опишат всички физически взаимодействия на езика на квантовата механика.

Квантовата механика и физическа ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

Самата идея за съществуването на една нова сила, изразена Фишбах, нямаше нищо особено сензационно (усещане имаше експериментални данни в подкрепа на тази идея). Фактът, че всички съвременни опити за уеднаквяване на гравитацията с другите фундаментални взаимодействия в единна съгласувана квантовата теория предсказва съществуването на нови взаимодействия на природен сила, сравними с гравитацията, които трябва да доведат до редица нови ефекти.

квантовите механични Представителствата на коренно променени теория на полето. От класическа гледна точка на енергия и импулс на прехвърлен област. Според квантовата механика, енергията и импулс се предава в отделни части, наречени фотони, които са описани като частици. Следователно, силите са резултат на обмена на такива частици в областта на квантовата теория. Тези частици имат специфично тегло и завъртане на покой (присъща ъглов момент), който може да число или полу-целочислени стойности. Всички известни взаимодействия - гравитационни, електромагнитни, слаби (главно отговорни за някои видове радиоактивно разпадане) и силни (което свързва компоненти на атомните ядра) - транспортиране на частици с число въртене и производство на енергия, обхватът на което е обратно пропорционална на масите на тези частици. За електромагнитно взаимодействие такъв междинен частиците наречен фотон и гравитационното взаимодействие - гравитонът. На теория двете частици не имат маса в покой, и следователно тези взаимодействия са безкрайно диапазон. Силата на взаимодействието между два електрически заряди на две маси или понижаване на обратно пропорционално на квадрата на разстоянието между тях на.

Другите две сили, силни и слаби ядрени взаимодействия са ефективни само при много близко разстояние. Техният размер, в допълнение към обичайните зависимост R -2 намалява експоненциално с разстояние в характеристиката на региона на взаимодействие, означен (потентност радиус). Математически, тези сили се различават пропорционално. Следователно, всеки от тези взаимодействия се предава масивни частици. За слабо взаимодействие е т.нар W +. На W - и Z 0 бозони (открити през 1983 г.) и за силното взаимодействие - ". Глуони" Те всички имат тегло около 100 пъти по-голяма от протон, и свързани с тях сили имат характеристика обхват от 10 до 15 cm (по-малко нуклоните размери).

Вече е известно, че спинът на областта, свързана с естеството на силите: полето с нечетен спин може да предизвика както привличане и сили на отблъскване; област с дори въртене - скаларна (завъртане 0) или тензор (спин 2) - причини само гравитацията. Електромагнитна интерференция, например, може да бъде описан като поле вектор с завъртане 1 (т.е., силата извършва от фотон като спин 1). Силата на тази област ще бъдат привлечени от противоположно заредени частици и отблъскваща за подобни обвинения.

Очевидно е, че теорията на гравитацията трябва да се изгражда изключително върху полетата за скаларни и тензорни носени от частици с още по-спин. Въпреки това, се опитва да квантува обща теория относителността под формата на поле тензор са определени математически трудности (в изчисленията показват безкрайно голяма стойност). Това принуди физици да се търсят начини за подобряване квантовата гравитация.

ОТ велико обединение ПЕТАТА FORCE

Един предпочитан подход към квантовата гравитация теория клас се основава на определен вид на вътрешна симетрия и известен като теории междурелсие. Те са широко използвани за описване на силни и електрослабите взаимодействия (физици са в състояние да конструира задоволителна теория, който обединява двете взаимодействия) и са "кандидати" в т.нар велико обединение, които трябва да се обединят всички известни взаимодействия.

теории междурелсие успех дава надежда, че математическите трудностите при квантуване на относителността (ОТО) могат да бъдат преодолени с въвеждането на така наречената местна SUSY. В повечето версии на тези модели предполагат, че частиците с половин неразделна въртене е партньор за всяка частица с число въртене, и обратно. По този начин се създава калейдоскоп на нови частици: гравитон спин-2 има партньор с завъртане 3/2, което от своя страна има партньор с завъртане 1 (graviphoton), партньор - с завъртане 1/2, който има спин-0 партньор (gravi-скаларна) , (Няколко партньори за всяко завъртане стойности са описани в някои модели).

Тези партньори подобна нова квантова sverhsostoyaniyam Гравитон, и вероятно, тяхното съществуване гарантира, че supergravitation теория съдържа доста приемливи (в първо приближение) свойствата на квантовата област. Както и да е, всичко, сега се счита теорията за габарит на квантовата гравитация включва супернесъразмерна състояние.

От една страна, частици с половин завъртане число в тези така наречени supergravitation теории на вероятно са много масивна. Енергията, съответстваща на тяхната маса в покой, трябва да бъде не по-малко от 10 12 ЕГ (1000 пъти по-голяма от масата на протона).

От друга страна, частиците с число въртене като гравитон прехвърля сила и да предизвика ефекти, които е по-малко вероятно gravitatsionnyh.Po очевидно също graviphoton и gravi-скаларна имат значителна маса в покой, така че техния обхват трябва да бъде ограничено количество. Въпреки това, само създава привличане gravi-скаларна, докато graviphoton ефекти зависят от това дали взаимодействащи частици еднакви или различни. Graviphoton обмен между веществото и веществото (или антиматерията и антиматерията) ще доведе обмен отблъскване graviphoton между материя и антиматерия причина привличане.

Интересно е, че подобни реакции бяха предсказани в различни теории, в които проблемът с тежестта се разглеждат от други гледни точки. Някои модерен метричен теория на по-високи размери в сравнение с конвенционалните 4-пространство-време, също се предскаже появата на нови частици. Този подход ни връща към работата на преди повече от 60 години, направи Т. Калуза и О. Клайн, който е създал модел на тежестта в многоизмерно пространство-време и след това "проектиран", за да му обичайното пространство-времето, надявайки се да се получи единна теория за гравитацията и електромагнетизма , Половин век на модела на Калуза-Клайн остава в забвение, но през последните десетилетия, някои теоретични физици са се превърнали отново, за да я питам какво би станало, ако тя ще бъде разширена, за да Йеше висше измерение. Установено е, че мултивариантен гравитон (спин 2) по време на прехвърлянето му към обичайните четири измервания трябва да има няколко компонента: 4-мерен гравитон (спин 2) двумерен поле вектор (спин 1), съответстващ graviphoton, и едномерен скаларно поле (завъртане 0) съответния gravi-скаларна. Както и в свръхгравитацията, в някои модели, има няколко партньори в същото завъртане. По този начин, не-метричен теорията на свръхгравитацията и показател теория на по-високи размери са поразително подобни последици.

В момента има доста широк клас от други теоретични модели, които предсказват съществуването на нови слаби макроскопски сили.

Тези нови сили извършват нови масивни частици (като например graviphoton и gravi-скаларна) могат да бъдат обобщени в концепцията на петата сила, или, като се имат предвид отблъскващи или атрактивни компоненти - петата и шестата мощност.

Както и ядрената енергия, те се променят пропорционално. Следователно, една пета сила на взаимодействието на два материални частици могат да бъдат написани като

Тук Q1 и Q2 посочва "такси" (източници) на петата мощност на всеки материал на частици, и Е 2 - постоянни взаимодействие.

Следователно, нови ефекти за взаимодействието на два макроскопски тела се състои в прибавяне към обичайната нютонов елемент сила (или няколко членове!) На формата (1). Количеството на нова сила характеризира с т.нар ефективно константа на свързване, общо означени, което показва, което е част от новата силата на гравитацията. Така, общата сила на взаимодействието на две маси М1 и М2 могат да бъдат написани като (за простота, само един член разширение)

Тук GM1 м2 / г 2 - обичайните нютонов сила (G - гравитационната константа), и, както се вижда лесно, е съотношението на

Според Fischbach, обхват петата сила трябва да бъде от порядъка на няколко стотин метра, следователно, частиците на масовия носители трябва да бъдат на ПОС на ред 10 -9 (т.е. от 10 -14 електрон маса).

Експерименти, в които могат да бъдат открити с една пета сила

Обикновено във физически теории на взаимодействието източник скаларна (както и тензор) е маса (енергия) частици. Ето защо, ако носител петата сила - скаларна частиците (например, gravi-скаларна), след петия такса мощност, както и за тежестта, за маса (енергия). Следователно, в този случай, както се вижда от формула (3), ефективно константа на взаимодействие е наистина постоянно, независимо от взаимодействащи органи.

Обратно, масата (енергия) не е изискване за вектор взаимодействие. Следователно таксуването на новото поле на вектор, както е предложено от Фишбах може да бъде hypercharge барионен Y или B, която е една и съща за макроскопски органи. (Припомнете си, че за конвенционалния барионен тяло има общ брой протони и неутрони Z N, съдържаща се в атомите на тялото). Барионен отговаря за приблизително, но не съвсем точно пропорционална на масата на атомите. В близост до центъра на периодичната таблица, където ядрената енергия е по-силна, броят на барионите на единица тегло, както е възможно и той е понижен до началото и в края на масата. Така, ефективното взаимодействие постоянно в този случай вече не е постоянна, но ще зависи от химическия състав на тялото.

Експериментално потвърждение за съществуването на нови сили предава нови междинни частици, можем да получим измерените ефекти на два вида физически експерименти:

- директно производство на нови частици;

- откритие на нова гравитационна сила в макроскопски експерименти.

Очевидно е, че докато първият път не е приемливо, тъй като се очаква, че по-голямата част на последиците, причинени от нови частици ще се случи при много високи енергии (14 октомври GeV и по-високи). В съвременните ускорители взаимодействие между две частици може да се реализира с много по-ниско ниво на енергия. Така че едва вторият начин е в обозримо бъдеще.

Две групи могат да бъдат разграничени в класическите гравитационни експерименти, в които могат да бъдат открити нови сили.

1. Проверка на обратен квадратен закона При опити от този тип се търси анормален сила (не е подчинен на обратен квадратен практика) между тест тялото и източник massoy- взаимодействия, както е измерено зависимост от силата, действаща върху тялото на тест от разстояние. Тези експерименти също може да се разглежда като мярка за гравитационната константа G, в зависимост от разстоянието. Всъщност, изразът (2) може да се запише в обичайната форма на закона на Нютон

но с ефективно гравитационна константа G (R), който зависи от разстоянието

В този израз означава гравитационната константа характеризиращи взаимодействието на много големи разстояния. Разбираемо е, че в тези експерименти могат да бъдат открити като скаларна сила (привличане и тя е насочена както и тежестта) и вектор (отблъскващ). Ако има две сили в същото време, тя се регистрира от сумата им. Имайте предвид, че тъй като хипотетичен сила има характерен радиус на действие, а след това да го покаже себе си може да бъде само на разстояния по-малко. Ето защо, ако източникът е продължителен тяло, чиито размери са по-големи, приносът на този нов мощност ще даде само маса източника, които се намират в областта на радиус центриран в тялото на тест.

може да се използва в зависимост от мащаба на разстоянието сканирани в този вид експерименти като взаимодейства органи: два тяло лаборатория (лаборатория диапазон от няколко мм до 10 m); Земя и gravimeter (геофизични разстояние от 10 m до няколко км); Земя и в орбита сателит (сателитни разстояния от 100 km до 1000 км); небесно тяло и кораба (астрономически разстояния от 10 до 10 3 km 8 km).