Теория суперструн

Теория суперструн, возникшая более тридцати лет назад как попытка построения объединенной квантовой теории фундаментальных взаимодействий, включающей гравитацию, на протяжении многих лет казалась весьма далекой от экспериментов как в области физики высоких энергий, так и в астрофизике. В традиционном понимании, эта теория должна описывать явления при энергиях близких к планковской 10¹⁹ ГэВ, которая считается предельной энергией в природе. Поэтому долгое время считалось, что если теория струн и имеет отношение к реальности, то она необходима лишь для описания самого раннего этапа космологического расширения.

Между тем, новые результаты, полученные в теории суперструн в последние годы, говорят о возможности совсем иной картины мира, которая сейчас детально изучается во многих научных центрах, в том числе, и на кафедре теоретической физики. Эта теория формулируется в десятимерном пространстве-времени, в котором наряду со струнами, могут находиться протяженные объекты различной размерности - гипербраны. Если раньше считалось, что дополнительные измерения должны быть компактными и иметь размеры порядка планковского, 10^-33 см, то сейчас широко обсуждается другая возможность: четырехмерное пространство-время является гипербраной, движущейся в многомерном пространстве, причем 'лишние' измерения (или хотя бы часть из них) не малы, а возможно и бесконечны. При этом обычная материя, описываемая стандартной моделью, живет только на гипербране, а гравитационное поле (а также некоторые его суперструнные партнеры) существует во всем многомерном пространстве.

Успешно развивается идея струнной голографии, согласно которой квантовая теория поля на гипербране может быть эквивалентной теории струн в полном многомерном пространстве. Более того, в классическом пределе теории струн возникает обобщенная теория гравитации (супергравитация), в рамках которой можно воспроизводить существенно квантовые результаты теории поля на гипербране чисто классическим образом. Пока не встречает противоречий ни теоретического ни экспериментального характера и радикальная возможность, что 'фундаментальная длина' и ассоциируемый с ней масштаб энергий имеют не планковские значения, а гораздо ближе к экспериментально достижимым величинам, вплоть до нескольких ТэВ.

Такие представления существенно изменяют космологический сценарий, и сейчас идет активная работа по построению альтернативной космологии и выявлению возможностей ее экспериментальной проверки. В рамках подобных представлений предсказывается возможность рождения микроскопических черных дыр на ускорителе LHC в ЦЕРН-е, подобные события должны регистрироваться по продуктам их хокинговского испарения.

Таким образом, самые радикальные новые модели, возникшие на основе теории суперструн, но вовсе не являющиеся ее необходимым следствием, могут быть подтверждены или опровергнуты в ближайшие годы. Важное значение имеет и проверка классического закона тяготения Ньютона на субмиллиметровых расстояниях, поскольку в теориях с 'большими' дополнительными измерениями должны возникать поправки к закону обратных квадратов на таких масштабах.

Конечно, описанные выше модели не следуют непосредственно из уже существующих экспериментальных данных, однако есть косвенные аргументы в их пользу, например, возможность решения проблемы иерархий. С другой стороны, новые астрофизические данные ставят новые задачи перед теорией. Одной из важнейших является объяснение природы так называемой темной энергии: сейчас убедительно доказано, что космологическое расширение в современную эпоху является ускоренным. Это может означать существование очень малой (в планковской шкале) положительной космологической постоянной, либо присутствие во Вселенной значительной доли материи (70%) в необычном состоянии с большим отрицательным давлением (натяжением). Не исключено, что здесь мы непосредственно сталкиваемся с эффектами теории суперструн, попытки такого истолкования сейчас активно исследуются.