(26)
Примечательная особенность в механизме переворота оптического вихря или «топологического заряда» – это экспериментально наблюдаемая фаза его вытягивания в узкую линию или тонкую вихревую трубку.
Результат этот особо интересен по двум причинам. Во-первых, тем, что картинка данного явления очевидно напоминает астрономические снимки спиральных галактик с перемычкой-баром в ядре. И тот же самый образ – в виде метафоры с крутящимся «разбрызгивателем воды на садовой лужайке» – часто фигурирует в популярных описаниях самых разных физических теорий – от ядерной физики до суперструн и квантовой гравитации. [56]
Во-вторых, весьма нетривиальная фаза тонкой вихревой трубки, возникающая при схождении двух соседних бран, может иметь, похоже, самое непосредственное отношение к решению большой теоретической проблемы под кратким названием SUSY или СУперСИмметрия. Но для начала имеет смысл хотя бы несколько слов сказать о собственно суперсимметрии.
В Стандартной Модели – как вершине современной квантовой физики – имеется довольно много искусственных натяжек, где правильные уравнения получаются подгонкой свободных параметров под результаты экспериментов. И есть понимание, что нужна новая теория, сохраняющая все сильные стороны старой, но объясняющая природу взаимодействий более естественным образом.
По многим своим свойствам на эту роль подходит так называемый принцип суперсимметрии. Базовая идея SUSY довольно проста. Если бы удалось найти в природе такую симметрию, которая каждому фермиону сопоставляет свой бозон, а каждому бозону, соответственно, находит свой парный фермион, то многие из серьезных проблем стандартной модели исчезли бы сами собой.
Формулируя тот же самый принцип чуть иными словами, для каждой имеющейся во вселенной частицы со спином 1/2 (фермиона) требуется парная ей частица со спином 1 (бозон). И наоборот.
При математическом анализе этой суперсимметричной картины выясняется и еще одна замечательная вещь. Выполнение двух последовательных суперсимметричных преобразований к системе таких частиц приводит к появлению той же самой системы, что была вначале, но только с другими пространственно-временными координатами. Иначе говоря, каким-то образом эта суперсимметрия преобразует пространство-время. А значит, открывается также и путь к постижению квантовой природы гравитации…
Короче говоря, математически вся эта картина полной симметрии выглядит чрезвычайно красиво и заманчиво. Однако в природе ничего похожего на суперсимметричных партнеров для известных частиц не наблюдается и близко. Но при этом интуиция подсказывает ученым, что надо упорно продолжать поиски СУСИ. Потому что – ну не может быть такая красота совершенно бесполезной.
Для того, чтобы плавно вернуться от SUSY к фазе тонкой вихревой трубки, возникающей при схождении бран, можно напомнить историю о том, как в теории струн родился известный ныне термин «суперструны». Когда в струнной теории научились объединять бозонные и фермионные поля в единую систему, то суперсимметрия возникла там автоматически – сама собой…
И дабы сделать длинную историю покороче, конкретно интересующая нас задача была подробно рассмотрена в 2005 году группой струнных теоретиков, включающей в себя уже упоминавшуюся Еву Силверстейн. Благодаря этому исследованию ]48[, в частности, выяснилось, что эволюция вихревой трубки в процессе схождения-расхождения мембран сопровождается радикальными переменами в топологии поверхностей.
С одного конца трубки отрывается – или испускается – частица-тахион, покидающая пространство сдвоенной мембраны (важная, как выясняется, роль этих частиц будет рассмотрена чуть позже). На другом же конце трубки образуется другая частица с необычными свойствами. Частица имеет спин 2, что свойственно гравитону, но при этом как бы раздвоена, обладая «разделенной продольной модой»…
Поскольку после этого вихревая трубка исчезает, а мембраны расходятся с разрывом причинно-следственных связей между ними, итоговый результат исследования был сочтен теоретиками крайне озадачивающим. И что с этим делать дальше, осталось неясным. [8A]
Если же смотреть на открывшуюся картину с позиций несколько иной модели – где частицы-фермионы через фазу тонкой трубки с переворотом киральности меняются местами при каждом сближении бран – то приоткрывается целый набор неожиданных ответов на давно поставленные в физике вопросы.
О том, в частности, что прекрасная SUSY действительно существует в природе во всей своей красе. И о том, почему нами она не наблюдается. И откуда-куда при СУСИ-преобразованиях сдвигается пространство-время. И о том, наконец, что же представляет собой гравитон – неуловимая частица квантовой гравитации.
___
[45] Семейное дело, http://kniganews.org/map/e/01-00/hex45/
[49] Мебиус и электричество , http://kniganews.org/map/e/01-00/hex49/
[56] Как это крутится? http://kniganews.org/map/e/01-01/hex56/
[59] Словно один сквозь другого, http://kniganews.org/map/e/01-01/hex59/
[67] Спин на ленте Мебиуса, http://kniganews.org/map/e/01-10/hex67/
[6C] Резиновая геометрия, http://kniganews.org/map/e/01-10/hex6c/
[84] Раздвоение имеет значение, http://kniganews.org/map/w/10-00/hex84/
[89] Фазовые переходы с переворотом, http://kniganews.org/map/w/10-00/hex89/
[8A] Без паники – тахионы, http://kniganews.org/map/w/10-00/he8a/
[8С] Петли и сети, http://kniganews.org/map/w/10-00/hex8c/
ВНЕШНИЕ ССЫЛКИ:
]45[. P. Horava and E. Witten, «Heterotic and Type I String Dynamics from Eleven dimensions,» Nucl. Phys. B460 (1996) 506, [arXiv:hep-th/9510209]
]46[. Sh. Kachru, E. Silverstein. «Chirality Changing Phase Transitions in 4d String Vacua«. 25 Apr 1997. [arXiv:hep-th/9704185]
]47[. Gabriel Molina-Terriza, Jaume Recolons, Juan P. Torres, Lluis Torner, and Ewan M. Wright. "Observation of the Dynamical Inversion of the Topological Charge of an Optical Vortex", Physical Review Letters, vol 87, 023902 (Issue 2 – June 2001)
]48[. A. Adams, X. Liu, J. McGreevy, A. Saltman, E. Silverstein. «Things Fall Apart: Topology Change from Winding Tachyons«. JHEP 0510, 033 (2005) [arXiv:hep-th/0502021]
___