كيفية البحث عن علامات الأبعاد الإضافية

لقد قدمت لك بالفعل بعض الأمثلة لكيفية تمثيل الأبعاد الإضافية في الطبيعة - الأبعاد في الفضاء ، والتي لا ندركها حتى. لكن حتى الآن لم أشرح بعد كيف يمكن للعلماء التعرف على وجودهم.

هنا يمكنك استخدام العديد من الاستراتيجيات الأساسية ، ولكن في الوقت الحالي سأركز على نتيجة واحدة بسيطة لوجود أبعاد إضافية. لها طابع عام للغاية وتؤدي إلى استراتيجية لدراسة فيزياء الجسيمات ، والتي ترتبط بالعديد من الدراسات ، بما في ذلك التجارب في مصادم الهادرون الكبير.

سيتم شرح شرعي على مرحلتين. في المرحلة الأولى ، باستخدام أبسط الفيزياء ، سأعطيك فهمًا بديهيًا ، بسيطًا ولكن غير كامل (حيث لن تؤخذ ميكانيكا الكم في الاعتبار) ، وسأقدم إجابة غير صحيحة جزئيًا. في الخطوة الثانية ، سوف أقوم بتصحيح عدم الدقة ، الأمر الذي يتطلب تعقيدًا إضافيًا آخر ، ومن ثم سترى الإجابة كاملة.

ولكن قبل البدء في التفسير ، سأعطيك أولاً إجابة على الفور حتى تفهم ما سأحتاج إلى شرحه لك. ها هي - بعدة طرق ، لتوضيح الأمر لك.

أي جسيم يتحرك بأبعاد إضافية إلى تلك المعروفة لنا بالفعل سيبدو لك وأنا ، أيها المراقبون الساذجون الذين ليس لديهم أي فكرة عن الأبعاد الإضافية ، لجسيمات من عدة أنواع ، كل منها يتحرك فقط في الأبعاد المعروفة لنا ، والاختلافات بين صغيرة جدا ، باستثناء كتلتها.

بمعنى آخر: إذا كان يمكن لجسيم من نوع معين أن يتحرك في جميع الأبعاد ، فسيبدو للمراقب غير المطلع أنه في الطبيعة لا يوجد هذا الجسيم فقط (يتحرك فقط في الأبعاد المعروفة له) ، ولكن مجموعة كاملة من الجسيمات ذات الصلة ، "شركاء KK" ، كل والتي تتحرك أيضًا في اتجاهات معروفة ، تختلف قليلاً عن الجسيم الأصلي ، باستثناء أنها ستكون أثقل. يشير "KK" إلى نظرية كالوزا-كلاين ، والتي حولها لاحقًا.

لنفترض أننا نعيش في أربعة أبعاد مكانية ، ثلاثة منها كبيرة (معروفة لنا) ، والرابعة قصيرة جدًا (مثل عرض الشريط الذي استخدمته في الأمثلة السابقة). باختصار يعني مسافة قصيرة حقا ، أقل من قطر البروتون. اتصل بهذه المسافة L.

تخيل الآن أن هناك جسيمًا ، صغير جدًا جدًا ، أصغر من L ، يمكنه التحرك بحرية في جميع الأبعاد المكانية الأربعة. نفترض أيضًا وجود مراقبين بارعين يعرفون أن هذا الجسيم يمكن أن يتحرك في أربعة أبعاد وله كتلة م. سننظر الآن في المراقبين الساذجين الذين لا يعرفون البعد المكاني الصغير ، الذين يعتقدون أنهم يعيشون في عالم ثلاثي الأبعاد. بعد بعض التجارب المشار إليها في الشكل. 1 ، يمكننا أن نقول: "هنا نوع واحد من الجسيمات التي يمكن أن تتحرك في ثلاثة أبعاد ، ولها كتلة م ؛ ولكن ، انظر ، نوع آخر من الجسيمات ، قادر أيضًا على الحركة في ثلاثة أبعاد ، وهو مشابه للجزء الأول ، فقط كتلته M ، أكثر بكثير من m ؛ و ، واو ، هنا نوع آخر من الجسيمات قادر على التحرك في ثلاثة أبعاد ، على غرار الأول ، فقط لديه كتلة M '، أكبر من M ؛ ونوع آخر من الجسيمات ، الكتلة M "؛ والمزيد والمزيد ... "


التين. 1

يتم تحديد الكتل M ، M '، M "وما إلى ذلك من خلال الجمع بين الكتلة الأساسية m وهندسة الأبعاد المكانية الإضافية - على وجه الخصوص ، M ، M' ، M" وهكذا تتناسب عكسيًا مع L. أصغر L ، أكبر M ، M '، M ”وهكذا ، وأكثر صعوبة في العثور على شركاء مراقبة الجودة الثقيل. علاوة على ذلك ، يعطي تسلسل الكتل التي تظهر في شركاء مراقبة الجودة مؤشراً مباشراً لكمية القياسات الإضافية وحجمها وشكلها. يمكنك إعطاء تشبيه موسيقي - هذه الحقيقة ترجع إلى حقيقة أن التوافقيات الدقيقة التي تنتجها الأداة يمكن أن تعطي معلومات حول شكلها وحجمها.

على سبيل المثال: إذا كانت الفوتونات (جزيئات الضوء) يمكن أن تتحرك في واحد أو عدة أبعاد إضافية ، مثل قارب في قناة ، فإن المراقب الذي سيكون على دراية بأبعاد إضافية سيصفها بأنها جسيمات بلا كتلة (م = 0) تتحرك في جميع الأبعاد . لكن عالما بشريا لا يعرف حتى الآن سوى فوتون بدون كتلة يتحرك بثلاثة أبعاد معروفة سيكتشف مجموعة من الجسيمات الثقيلة المشابهة للفوتونات. كلما صغر حجم القياس الإضافي ، زادت كتلة فوتونات KK ، وصعوبة فتحها - بشكل أكثر دقة ، كانت أثقل ، وكلما زادت الطاقة التي سيحتاجها معجل الجسيمات لتوليدها.

قد يكون من الممكن أن تتحرك عدة أنواع من الجسيمات بأبعاد إضافية ، وفي هذه الحالة ، سيكتشف العلماء شركاء KK الثقيلين لكل من هذه الأنواع من الجسيمات (انظر الشكل 2). إن اكتشاف عدد صغير من الجسيمات الثقيلة يشبه بعض جزيئات الضوء المعروفة ، والتي سيظهر توزيع كتلتها مشابهًا للتين. سيشير التوزيع 2 بوضوح إلى أن الجسيمات الجديدة هي شركاء في مراقبة الجودة ، وأن لدينا بعدًا إضافيًا واحدًا أو أكثر.


التين. 2

هذه هي الإجابة البسيطة: جسيم يتحرك في أبعاد إضافية وفي الأبعاد المعروفة سيفتح نفسه لنا من خلال اكتشاف شركائه الثقيل في مراقبة الجودة. سأصف لاحقًا بشكل أكثر دقة كيف يمكنك محاولة إنتاج وفتح شركاء مراقبة الجودة في التجربة. في المقالات التالية ، سأصف سبب صحة هذه الإجابة المحددة - وسأقدم نسخة بسيطة ومعقدة من التفسير.