За пределами Стандартной модели

В настоящее время физика элементарных частиц находится на несколько необычном этапе своего развития. С одной стороны, практически все имеющиеся экспериментальные данные хорошо описываются одной теорией - Стандартной моделью элементарных частиц. С другой стороны, имеется много указаний на то, что эта модель лишь приближенная и может быть выведена из более фундаментальной теории, которая объяснила бы достаточно сложную структуру и несколько неестественные (хотя и внутренне непротиворечивые) значения параметров Стандартной модели. Обсуждаются различные варианты расширения Стандартной модели, и выбор между ними должен быть основан на сравнении с экспериментальными данными.

Однако человечество вплотную подошло к технологическому пределу в строительстве ускорителей, которые смогли бы дать информацию о свойствах материи при очень высоких энергиях, где расширенные теории предсказывают новые эффекты. Строительство большого ускорителя LHC в ЦЕРНе займет еще несколько лет, и будет ли когда-нибудь построен еще больший - неизвестно. Теоретики, работающие в области физики элементарных частиц, вряд ли могут рассчитывать в ближайшем будущем на проверку своих моделей на ускорителях.

Поэтому на первый план выходят исследования теорий, которые делают Стандартную модель более изящной, не внося противоречий в уже имеющиеся экспериментальные данные, и дают предсказания для интенсивно развивающихся неускорительных экспериментов, в частности связанных с астрофизическими наблюдениями. Ведь энергии, достигаемые в катаклизмических процессах во Вселенной, намного превышают те, что сможет достичь человечество на ускорителях в обозримом будущем. Именно такие теоретические исследования за пределами Стандартной модели, в частности, на стыке физики элементарных частиц и астрофизики, и составляют сферу моих научных интересов.

Основные вопросы, которые меня интересуют, связаны с экспериментальными фактами, не получающими логичного объяснения в рамках Стандартной модели (СМ).

Характерный масштаб электрослабой теории - одного из основных звеньев СМ - около 100 ГэВ, что меньше характерного масштаба гравитационного взаимодействия в 1017 раз. В Стандартной модели эта разница объясняется простой подстройкой параметров, которая устойчива относительно квантовых поправок в суперсимметричном обобщении СМ. Классические объединенные теории предполагают наличие "калибровочной пустыни" - отсутствие частиц с массами между 1 ТэВ и 1016 ГэВ. В то же время ряд физически интересных теорий предполагает новую физику на промежуточных масштабах - например, для объяснения нейтринных масс с помощью "механизма качелей", решения CP-проблемы в сильных взаимодействиях с помощью механизма Печчеи-Куинн, нарушения суперсимметрии с механизмом калибровочной передачи. Наличие новых полей приводит к большим значениям констант связи при высоких энергиях. Возникает вопрос о возможности построения объединенной теории с сильной связью.

Один из моих результатов последних лет - построение модели такого "сильного объединения". При низких энергиях она описывает суперсимметричную Стандартную модель, а при промежуточных - определенную конформную теорию, причем все частицы СМ являются составными в терминах высокоэнергетической фундаментальной теории. Предстоит выяснить, насколько реалистично такое расширение СМ, рассмотреть другие модели и уделить особое внимание экспериментальным следствиям, в частности для астрофизики высоких энергий.

Один из основных нерешенных вопросов Стандартной модели - происхождение иерархии фермионных масс. Кварки и лептоны группируются в три семейства ("поколения"), причем соответствующие частицы из трех семейств (например, электрон, мюон и тау-лептон) отличаются по массе (тау-лептон тяжелее электрона примерно в 3500 раз), но в остальном имеют одинаковые квантовые числа.

Традиционный подход к объяснению иерархии фермионных масс связан с введением новых квантовых чисел, различающих три поколения. Однако отсутствуют указания на какие-либо различия во взаимодействии частиц трех поколений. Поэтому особо интересными представляются подходы, в которых не требуется введение фундаментальных различий между поколениями.

В 2001 году мы построили и затем исследовали модель, в которой три поколения частиц возникают как три локализованные в четырехмерном пространстве-времени нулевые моды одного поколения фермионов в шестимерной теории. Взаимодействие с хиггсовским полем генерирует иерархическую массовую матрицу, причем число свободных параметров в модели на 4 меньше, чем число независимых параметров описываемой массовой матрицы. Предсказанные таким образом 4 нетривиальных соотношения между массами и углами смешивания выполняются с хорошей точностью.

Перейти на страницу: 1 2

Дополнительные материалы

Структурная надежность систем
Надежностью называют свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремо ...

Эффект Ребиндера в полимерах
Речь пойдет о явлении, очень часто наблюдающемся и хорошо изученном, - о разрушении твердых тел. В самом общем виде его можно представить как распад тела на две или более частей, когда внешняя механическая нагрузка достигает некоего критич ...

Принцип работы и методика измерения.
Прибор имеет два входа, на которые подаются сигналы от датчиков. На один вход поступает сигнал датчика количества оборотов коленчатого вала, который представляет собой импульс с амплитудой равной 5В. Этот импульс вырабатывается в тот момент, когда ...

Разделы

Электромагнитный импульс как оружие

История вопроса и современное состояние знаний в области эми.

Лабораторные стенды в учебном процессе

Обзор и сравнительный анализ существующих стендов.

Аспекты технического знания

Технический объект и предмет технических наук.

Сварка металлов плавлением

Классификация электрической дуговой сварки.

Распределение примесей в кремнии

Описание процесса зонной плавки и ее математическая модель.



Наука сегодня и вчера - www.anytechnic.ru