Готовый перевод String Theory for Dummies / Теория струн для «чайников»: Supersymmetry Saves the Day: Superstring Theory

Суперсимметрия приносит удачу: Теория суперструн

Несмотря на очевидные неудачи теории бозонной струны, некоторые отважные физики остались преданы своей работе.

Почему? Ну, физики могут быть охвачены страстью (почти одержимые, как могли бы сказать некоторые).

Другая причина состояла в том, что к тому времени, когда эти проблемы были полностью осознаны, многие теоретики струн, так или иначе, уже отошли от теории бозонной струны.

С развитием суперсимметрии в 1971, которая допускает сосуществование бозонов и фермионов, струнные теоретики смогли разработать суперсимметричную теорию струн, или, если коротко, супертеорию струн, которая учитывала основные проблемы, которые разрушили теорию бозонной струны.

Эта работа открыла совершенно новые возможности для теории струн.

Почти каждых раз, когда вы слышите или читаете фразу “теория струн”, человек, вероятней всего имеет в виду “теорию суперструн”.

С момента открытия суперсимметрии, она была применена практически для всех форм теории струн.

Только теория струн, которая действительно не имеет никакого отношения к суперсимметрии, является теорией бозонной струны, которая была создана до суперсимметрии.

Для всех практических целей обсуждения (с лицами, не являющихся физиками теоретиками), "теория струн" и "теория суперструн" одинаковый термин.

Фермионы и бозоны сосуществовуют... вроде

Симметрии существуют во всей физике.

Симметрия в физике это в основном любая ситуация, где два свойства могут быть заменены в рамках всей системы и результаты будут одинаковы.

Понятие симметрии была использовано Пьером Рамондом в 1970 году, затем подхвачено работой Джона Шварца и Андре Неве в 1971 году, чтобы дать надежду струнным теоретикам.

С помощью двух различных методов, они показали, что бозонная теория струн может быть обобщена по-другому, чтобы получить нецелочисленные спины.

Не просто нецелочисленные спины, но они были точно полуцелым спином, которые характеризуют фермионы.

Нет спина 1/4 частицы в появившейся теории, и это хорошо, потому что они не существуют в природе.

Включение в модель фермионов означало введение новой мощной симметрии между фермионами и бозонами, названной суперсимметрией.

Суперсимметрия может быть обобщена следующим образом:

• Каждый бозон связан с соответствующей фермионом.

• Каждый фермион связан с соответствующим бозоном.

В Главе 11 я обсуждаю причины поверить, что суперсимметрия верна, а также способы, которыми это может быть доказано.

Сейчас, достаточно знать, что это необходимо, чтобы сделать теорию струн рабочей.

Кто открыл суперсимметрию?

Происхождение суперсимметрии несколько запутанно, поскольку была обнаружена одновременно четырьмя отдельными группами.
В 1971 году россияне Евгений Лихтман и Юрий Гольфанд создали последовательную теорию, содержащую суперсимметрию.

Год спустя, за ними последовали еще два русских, Владимир Акулов и Дмитрий Волков.

Однако, эти теории были только в двух измерениях.

Из-за холодной войны, связи между Россией и некоммунистическим миром не было очень хорошими, поэтому много физиков не слышало о российской работе.

Европейские физики Юлий Весс и Бруно Зумино смогли создать 4-суперсимметричную квантовую теорию в 1973 году, вероятно, зная о русской работе.

Они были замечены большинством западного сообщества физиков.

Затем конечно, у нас есть Пьер Рамонд, Джон Шварц и Андре Неве, которые развили суперсимметрию в 1970 и 1971 в контексте их супертеорий струн.

Только при более позднем анализе физики поняли свою работу и более поздняя работа выдвинула гипотезу о тех же самых отношениях.

Многие физики считают это повторное открытие как хороший признак того, что, наверное что-то есть в идее суперсимметрии в природе, даже если сама теория струн не оправдается.

Конечно, как вы ожидаете, если вы ищете тенденции в истории теории струн, все не так гладко.

Фермионы и бозоны имеют очень разные свойства, поэтому, заставить их поменяться местами, не затрагивая возможных результатов эксперимента не легко.

Физики знают о ряде бозонов и фермионов, но когда они начали рассматривать свойства теории, они обнаружили, что соответствие не существовало между известными частицами.

Фотон (который является бозоном), кажется, не был связан суперсимметрией ни с одним из известных фермионов.

К счастью для физиков-теоретиков, этот неприятный экспериментальный факт был отмечен как незначительная преграда.

Они обратились к методу, который работал у теоретиков с незапамятных времен.

Если вы не можете найти доказательства вашей теории, предположить их!

Удвоение удовольствия от частиц: суперсимметрия выдвигает гипотезу суперпартнеров

В рамках суперсимметрии, соответствующие бозоны и фермионы называют суперпартнерами.

Суперпартнера стандартной частицы называют суперчастицей.

Поскольку ни одна из существующих частиц не имеет суперпартнера, это означает, что, если суперсимметрия верна, существует вдвое больше частиц, о которых мы знаем в настоящее время.

Для каждой стандартной частицы должна существовать суперчастица, которая никогда не была обнаружена экспериментально.

Обнаружение суперчастиц будет одним из ключевых элементов доказательств, которые будет искать Большой адронный коллайдер.

Если я упоминаю странно названную частицу, с которой вы никогда не сталкивались, это, вероятно, суперчастица.

Поскольку суперсимметрия вводит столько новых частиц, важно правитьно их назвать.

Физики ввели именования Доктор Сьюз как соглашение о наименованиях для выявления гипотетических новых частиц:

• Суперпартнер фермиона начинает с “с” перед стандартным именем частицы; таким образом, суперпартнер “электрона” - “сэлектрон”, а суперпартнер “кварка” - “скварк”.

• Суперпартнер бозона заканчивается на “-ино”, таким образом, суперпартнер “фотона” - “фотино”, и “гравитона” “гравитино”.

Таблица 10-1 показывает наименования стандартных частиц и соответствующего им суперпартнёра.

Таблица 10-1 Некоторые наименования суперпартнера

Стандартная частица суперпартнера

Лептон Слептон

Мюон Смюон

Нейтрино Снейтрино

Истинный кварк Истинный скварк

Глюон Глюино

Бозон Хиггса Хиггсино

W- бозон Вино

Z-бозон Зино

Хотя есть элементарный суперпартнер названный “снейтрино” не существует элементарной частицы, называемой “снейтрон”.

Некоторые проблемы решены, но проблема измерения остается.

Введение суперсимметрии в теорию струн помогло с решением некоторых из основных проблем теории бозонной струны.

Фермионы теперь существовали в рамках теории, которая была самой большой проблемой.

Тахионы исчезли из теории суперструн.

Безмассовые частицы все еще присутствовали в теории, но не отмечались в качестве основной проблемы.

Даже проблема измерений улучшилось, уменьшив их всего лишь до 10 из 26 пространственно-временных измерений.

Решение суперсимметрии было элегантно.

Бозоны - фотон, гравитон Z, и W-бозоны - единицы силы.

Фермионы - электрон, кварки, и нейтрино - являются единицами материи.

Суперсимметрия создала новую симметрию, одну между материей и силами.

В 1972 году Андре Неве и Джоэл Шерк решили вопрос безмассовых частиц, показав что колебательным состояниям струны может соответствовать размер бозонов, например безмассовых фотонов.

Проблема измерений осталась, хотя уже было лучше, чем до этого.

Вместо 25 пространственных измерений теория суперструн стала совместимой с “простыми” девятью пространственными измерениями (плюс одно измерение времени, для в общей сложности десяти измерений).

Многие струнные теоретики того времени считали, что все еще было слишком много измерений что-бы она была рабочей, так что они отказались от теории в пользу других направлений исследований.

Одним физиком, который отвернулся от теории струн, был Мичио Каку - один из самых ярых сегодняшних сторонников теории струн.

Диссертация Каку включает в себя учет всех условий в бесконечных рядах модели Венециано.

Он создал полевую теорию струн, так как работал в гуще теории струн.

Тем не менее, он отказался от работы по теории суперструн, полагая, что не существует способа ее улучшить, что-бы она стала адекватной теорией.

Вот насколько серьезной была проблема измерений.

Горстка людей, которые остались преданными теории струн после 1974 года столкнулась с серьезной проблемой - в каком направлении продолжить двигаться.

За исключением проблемы измерений, они решили почти все вопросы с теорией бозонной струны, преобразовав ее в теории суперструн.

Оставался единственный вопрос что с этим делать.

Внимание! Этот перевод, возможно, ещё не готов.
Его статус: перевод редактируется

Переведено на Нотабеноиде
http://notabenoid.org/book/38781/145395

Переводчики: Irina73