Частицы с дробным электрическим зарядом
Другое возможное экспериментальное подтверждение теории
струн, связанное с электрическим зарядом, является не столь фундаментальным,
как существование суперпартнеров, но столь же удивительным. Ассортимент значений
электрического заряда, который могут нести частицы в стандартной модели, очень
ограничен: кварки и антикварки могут иметь (в единицах заряда электрона)
положительный и отрицательный заряд, равный 1/3 и 2/з, а остальные частицы‑0, +
1 и — 1. Комбинации этих частиц образуют все известное вещество Вселенной.
Однако теория струн допускает существование мод резонансных колебаний, которым
соответствуют частицы с существенно иным электрическим зарядом. Например,
электрический заряд частиц может принимать ряд экзотических дробных значений,
таких как 1/5, 1/11, 1/13 или 1/53. Эти необычные заряды могут возникать в том
случае, когда свернутые измерения обладают определенным геометрическим
свойством — наличием таких отверстий, что намотанные вокруг них струны могут
распутаться, только сделав определенное число витков18). Детали этого явления
не столь важны, заметим только, что число оборотов, которое должна сделать
струна, чтобы распутаться, появляется в допустимых модах колебаний в
знаменателе дробного значения электрического заряда.
Одни многообразия Калаби‑Яу обладают этим геометрическим
свойством, другие — нет, поэтому возможность дробных электрических зарядов не
является такой фундаментальной, как существование частиц‑суперпартнеров. С
другой стороны, в то время как предсказание суперпартнеров не является
эксклюзивной особенностью теории струн, десятилетия экспериментальных
исследований не дали никакого повода ожидать, что столь экзотические
электрические заряды могут существовать в какой‑либо теории, основанной на
точечной модели частиц. Конечно, их можно ввести в такие теории принудительно,
но они там будут выглядеть так же уместно, как слон в посудной лавке.
Возможность их объяснения из простых геометрических свойств, которые могут
иметь дополнительные измерения, делает эти необычные электрические заряды
естественным экспериментальным признаком теории струн.
Как и в случае с суперпартнерами, частиц с таким
экзотическим электрическим зарядом пока никому не удалось наблюдать, а
современный уровень развития теории струн не позволяет сделать определенные
выводы о массе, которую могут иметь эти частицы, если в силу свойств
дополнительных измерений они действительно существуют. Объяснение того, что они
до сих пор не открыты, опять же состоит в том, что если они существуют, их
массы находятся за пределами современных технических возможностей обнаружения.
Весьма вероятно, что они близки к планковской массе. Но если будущие
эксперименты смогут обнаружить такие экзотические электрические заряды, это
будет очень сильное свидетельство в пользу теории струн.
|
