Pasikėsinimas į multivisatas

Nors galaktikos atrodo didesnės už atomus, o drambliai lyg ir sunkesni už skruzdes, kai kurie fizikai pradėjo įtarti, kad dydžių skirtumai tėra iliuzija. Gali būti, kad fundamentaliame Visatos aprašmėnėta „masės“ ir „atstumo“ koncepcijų, nes gamta savo esme neturi mąstelio.
Vadinamoji mąstelio simetrija radikaliai nutolsta nuo tradicinių prielaidų apie tai, kaip el. dalelės įgyja savybes. Gerbiami fizikai grįžo prie pagrindinių daleles ir jų sąveiką aprašančių lygčių ir paklausė: Kas atsitiks, jei iš jų pašalinsime narius, susijusius su mase ir atstumu?

Taip pat skaitykite Lygiagrečios visatos  
Lygiagrečiųjų visatų burbuliavimas  

Naujoji teorija pradeda su bazine lygtimi, kuri skirta masės neturinčiomis dalelėms, kurių kiekviena turi unikalius charakteristikų derinius, tokių kaip materija ar antimaterija, teigiamo ar neigiamo krūvio. Kadangi šios dalėlės viena kitą traukia arba stumi, o jų sąveikos poveikiai nueina kaskadomis (tarsi domino), mąstelio simetrija „subyra“, - ir spontaniškai iškyla masė bei atstumai. Panašūs dinaminiai reiškiniai sugeneruoja 99% regimos Visatos masės. Protonai ir neutronai yra sudėtiniai – kiekvienas iš lengvųjų kvarkų trejeto. Juos kartu išlaikanti energija suteikia jiems bendrą masę, kuri apie 100 kartų didesnė nei jų dalių suma. Belieka pasitikrinti, ar tokiu būdu gali būti sugeneruota visa masė...

El. dalelių fizikos „standartinio“ modelio lygtyse tik 2012 m. atrastas Higso bosonas pasirodo su mase iš pat pradžių. Anot prieš 50 m. sukurtos teorijos, Higso bozonas suteikia masę dalelėms, su kuriomis sąveikauja (elektronams, w- ir z-bozonams, atskiriems kvarkams ir t.t.

Pradėta nuo minties, kad net Higso bozonas neturi masės. Iki 2013-ųjų pradžioje LHC sustabdymo patobulinimams, jam nebuvo pavykę rasti gero tuzino dalelių, kurias jau apie 30 m. teoretikai buvo įtraukę į savo lygtis. Ar tai nekelia abejonių, kad kelis dešimtmečius viešpatavusios teorijos tėra muilo burbulas?

Mastelio simetrijos ištakos siekia 1995 m., kai William Bardeen‘as, teorinės fizikos mokslininkas iš Fermi Nacionalinės Greitintuvo laboratorijos Batavijoje, parodė, kad Higso bozonas ir kitos „standartinio modelio“ dalelės gali būti paskaičiuotos kaip spontaniškų mastelio simetrijos „sulaužymų“ pasekmės. Tačiau tada jo idėja neišplito, nes skaičiavimai neduodavo rezultatų, kai būdavo pabandoma į juos įtraukti naujas, dar neatrastas daleles – pvz., tokias, kurios buvo numatytos tamsiosios materijos ir gravitacijos paaiškinimui.

Tad fizikai nulaviravo prie „supersimetrijos“, kuri ne tik numato tuzinus naujų dalelių, kurių viena ar kelios gali prisidėti prie „tamsiosios materijos“ paaiškinimo, bet duoda sprendimą ir nuo pat pradžių kankinusiai problemai. „Standartiniame modelyje“ Higso bozono sąveikos su kitomis el. dalelėmis siekia padidinti jo masę prie didžiausių reikšmių, kkartu su savimi „patempiant“ ir kitų dalelių masę. Tuo kvantinė mechanika panaši į demokratiją – visos dalelės siekia būti lygios. Lygiava baigtųsi, jei, kaip spėjama, kad ties daugybe milijardų kartų didesne už „Planko masę“ riba egzistuoja nežinimi „milžinai“, susiję su gravitacija. Ir tie sunkiasvoriai „sutepa“ Higso bozoną – ir taip nusitsiantis procesas iki kitų el. dalelių iki pat Planko konstantos. Taip nėra, - ir nenatūrali hierarchija tarytum skiria lengvasvores el. daleles ir Planko masę.

Bardeen’as mases skaičiavo naujoviškai, neleisdamas lėkti link didžiausių verčių – ir tada lengvasvoris Higso bozonas atrodė visai natūraliai. Tačiau vis tik liko neaišku, kaip į skaičiavimus galima inkorporuoti Planko mastelio gravitacinius poveikius. Tuo tarpu supersimetrija naudoja standartines matematines technikas ir su hierarchija tarp „standartinio modelio“ ir Planko mastelio dieba tiesiogiai. Ji priima, kad kiekviena žinoma dalelė turi savo porą. Taigi joje kiekvienai dalelei su kuria sąveikauja Higso bozonas (pvz., elektronu) jis susitinka ir su jos nežymiai sunkesne dalele-dvyne (hipotetiniu „selektronu“) – ir susiję poveikiai niekada nesibaigia neleisdami Higso bozonui šokti iki didžiausio mastelio.
Tarsi fizikinis x + (–x) » 0 ekvivalentas, supersimetrija apsaugo nedidelę, tačiau nenulinę, Higso bozono masę.

Tačiau ... iki šiol nerasta nė viena supersimetrijos numatyta dalelė. Būtent to tikėjosi iš didžiojo hadronų koliderio (LHC) – ir fizikai jau pradeda abejoti, ar tai pavyks. Ir Higso bozonas lieka neapsaugotas.

Kad veiktų mastelio simetrija, ji turi atsižvelgti ir į mažas, ir į milžiniškas su gravitacija susijusias mases. Sudėtos į lygtis jos bando išsilyginti. Tačiau šiame modelyje abu masteliai privalo atsirasti dinamiškai (ir atskirai) iš nieko. Tai revoliucinis teigoimas, kad gravitacija gali neveikti Higso bozono masės.

Scale symmetry illustration: standard model
Tikima, kad Planko mastelio ribose egzistuoja hipotetinės dalelės (dešinėje), milijardus kartų sunkesnės už žinomas. Tendencija skaičiavimuose suvienodinti sukurią šią nemalonią hierarchiją
Scale symmetry illustration: Supersymmetry
Supersimetrijos teorija laiko, kad visos el. dalelės egzistuoja poromis, kurios trukdo dalelėms siekti Planko mastelio
Scale symmetry illustration: Supersymmetry
Nauja idėja siūlo, kad el. dalelės įgauna masę per mastelio simetrijos „sulaužymą“: nėra mases koncepcijos ir nepriklausomi kvantiniai poveikiai verčia masę išsiskirti į du plačiai besiskiriančius mastelius

Bet ir multivisatų mada negali tęstis be ribų. Nauja teorija perrašo ir šį aspektą. Juk realūs paskaičiavimai yra įdomesni nei filosofiniai samprotavimai apie multivisatas.

A. Salvio ir A. Strumia sukūrė “antigravitacijos” (iš „a-matės gravitacijos“) teoriją, esančią, ko gero, stipriausia mastelio simetrijos koncepcijos realizacija. Ji visų mastelių dėsnius suaudžia į vieningą audinį, kuriame Higso bozono masė ir Planko masė atsiranda iš atskirų dinaminių poveikių. „High-Energy Physics“ birželio numeryje remiantis antigravitacija paaiškinama, kodėl pirmosiomis akimirkomis po Didžiojo sprogimo vyko infliacinis Visatos plėtimasis.

Tačiau teorija turi rimtą trūkumą – jai būtina, kad egzistuotų keistos į el.daleles panašios esybės vadinamos „šmėklomis“, kurios turi arba neigiamą energiją, arba neigiamą egzistavimo tikimybę. Abu atvejai sukelia sumaištį kvantinio pasaulio lygtyse. Tačiau neigiamos tikimybės sunaikina tikimybinę kvantinės mechanikos interpretaciją. O jei Visata jau nėra tikimybinė, tada išnyksta ir daugybinės visatos. Juk kadaise, kai pirmąkart lygtyse pasirodė antidalelės, atrodė, kad jos turi neigiamą energiją, kas atrodė nesąmone. Tad gal ir „šmėkloms“ atsiras prasmingas paaiškinimas.

Kitos komandos kuria savas mastelio simetrijos versijas. Pvz., M. Lindner’is pasiūlė modelį su nauju dalelių “slaptu sektoriumi”, o W. Bardeen’as, J. Lykken’as, M. Carena ir M. Bauer’is rugpjūčio 14 d. straipsnyje tvirtina, kad standartinio modelio mastelį ir gravitaciją skiria fazės moduliacija. Jie aptiko masės mastelį, kuriame Higso bozonas liaujasi sąveikauti su kitomis dalelėmis priversdamas jų masę nukristi iki nulio. Būtent tada įvyksta fazės pasikeitimas. Kaip kad vanduo ima elgtis kitaip virtęs ledu, skirtingi dėsniai galioja virš ir žemiau šios ribos.

Ši idėja pernelyg skirtinga, pernelyg nauja, ir naudoja matematines technikas, kurias kai kurie laiko įtartinomis. O kadangi ji spėja egzistuojant naujas el. daleles, LHC turės darbo bandant jas surasti. Viltis visada miršta paskutine...

Įrodytas dualistinis efektas?

Neseniai australų tyrinėtojų grupė, vadovaujama H. Vaismano*), pabandė paaiškinti lygiagrečiųjų pasaulių paradoksą.

Bandymai sutaikinti klasikinę ir kvantinę mechaniką bandyta ne kartą. 1950 m. amerikietis Hugh Everett III**) pasiūlė teoriją, kuri klasikinį pasaulį pateikia kaip vienalaikio daugybės kvantinių nesusiliečiančių matavimų egzistavimo pasekmę. Ji pavadinta „daugiapasaulia interpretacija“. Tačiau Vaismano variante numatytas pastovus pasaulių kontaktas ir sąveika, kurią galima aprašyti matematiškai.

Mat kvantinėje fizikoje yra vadinamasis tunelio efektas. – kvantinėmis savybėmis pasižyminti dalelė (pvz., fotonas) įveikia energetinį barjerą nepaisant to, kad jos pačios energija mažesnė už barjero energiją. Klasikinėje mechanikoje tai neįmanoma.
Anot Vaismano, kai dalelės iš skirtingų matavimų artėja prie energetinio barjero iš skirtingų pusių, viena jų didins greitį, o kita „atšoks“ atgal. Tokiu būdu pirmajai dalelei pavyks įveikti barjerą.

Yra ir kitų pasaulių tarpusavio poveikio pavyzdžių. Pvz., anot Vaismano, jei susiliečiančių matavimų bus 41, tai sukels kvantinę interferenciją. Ją galima stebėti Tomo Jungo bandymuose, kai šviesos dalelės skleidžiamos į ekraną. Pakeliui yra du plyšiai. Šiaip, dalelė turėtų pereiti tik per vieną plyšį.Taip ir nutinka, jei greta yra stebėtojas ar detektorius, fiksuojantis, pro kurį plyšį praėjo dalelė. Tačiau jei procesas nestebimas, tai šviesos spinduliai virsta banga, ekrane sudarydami būdingą interferencinį piešinį. Taip buvo patirtinta dualistinė (korpuskulinė-bangos) šviesos prigimtis.

Trumpos biografijos

*) Hovardas Vaismanas (Howard Mark Wiseman, g. 1968 m.) – australų kvantinės fizikos mokslininkas, pasižymėjęs darbais kvantinių matavimų, kvantinės iformacijos, atvirų kvantinių sistemų, daugelių sąveikaujančių lygiagrečių pasaulių aiškinimas kvantinės mechanikos terminais.

**) Hiu Everetas III (Hugh Everett III, 1930 -1982) – amerikiečių fizikas, pirmasis 1057 m. pasiūlęs daugelio pasaulio koncepciją kvantinėje fizikoje ją pavadindamas „santykine būseną“. Apgynęs daktarinę disertaciją, metė fiziką ir vystė apibendrintų Lagranžo daugiklių taikymą operacijų tyrimuose ir užsiėmė tų taikymų komerciniais diegimais.

Visatos modeliai
Kvantinis chaosas
Besiplečianti Visata
Lyginamoji kosmologija
Antigravitacijos paieškos
Nekritinė stygų teorija
Kvantinio pasaulio katinai
Juodųjų skylių paradoksai
Paslėpti erdvės matavimai
Hadronų koliderio kūrėjas
Bendroji reliatyvumo teorija
3-iojo tūkstantmečio mokslas
Chaosas linksta į sinergetiką
Juodosios skylės ne tokios jau ir juodos
Labai prasta balerina ir šuolis laike?
Kvantinė chemija – ateities mokslas?
Šiuolaikinė fizika – į tiesą panašus mitas?
Kvantinė mechanika: Triumfas ar ribotumas?
Savaime besiorganizuojantis kvantinis pasaulis
Stivenas Hokingas – nenurimstantis invalidas
El. dalelių simetrija persmelkia viską
Labai suderinta Visatos sandara
Lemtingasis Rentgeno atradimas
Kokia yra Visata? Sukasi?
Nepaprasti Visatos skaičiai
Kaip sukurti laiko mašiną?
Tadžikai apie astronomiją
Vieningo lauko teorija
Lygiagrečios visatos
Gyvenimas po mirties
Torsioniniai laukai
Tamsioji materija
Laiko fenomenas
Vartiklis
NSO.LT