隔离与闪光质量
隔离对称破缺是模型构建的一个有力工具,现实世界可能包含分隔的膜,而通过此假设来构筑模型,物理学家可以探索大量的可能。
上一节解释了味改变相互作用问题是如何在超对称理论里获得解决的。而模型构建者面临的另一个极具挑战的问题是:为什么会有不同质量、不同味的夸克和轻子?希格斯机制赋予了粒子质量,但每一味的质量值却是不同的。只有每味粒子与发挥希格斯粒子作用的东西发生不同的相互作用,这才有可能。由于每种粒子类型的三味,如上、奇、顶夸克都有着完全一致的规范相互作用,它们具有不同的质量就很神秘,一定有某种东西使得它们彼此质量不同,但粒子物理的标准模型却没有告诉我们它是什么。
我们可以构建模型来解释不同的质量,但所有模型几乎总会含有改变味粒子身份的不该有的相互作用。我们需要的是能够安全地将味粒子区别开来的东西,而不要产生这些有问题的相互作用。
尼玛·阿卡尼-哈麦德(Nima Arkani-Hamed)与德裔物理学家马丁·施马尔茨假定不同的标准模型粒子被局限在隔开的膜上,并认为它们能解释一些质量。尼玛与萨瓦斯·迪莫普洛斯(Savas Dimopoulos)发现了一个更简单的模型:他们假定存在一个标准模型粒子都被限于其上的膜,膜上粒子之间的相互作用将所有的味粒子同等对待。但是,如果只有这种将所有味一视同仁的味对称相互作用,粒子的质量就应该是完全相同的。很显然,只有能将粒子区别对待的东西才可能解释质量的不同。
尼玛和萨瓦斯认为,引起味对称破缺的其他粒子被隔离在另外的膜上,与隔离超对称破缺的情形一样,只有通过空间的粒子,味对称破缺才能被传递给标准模型粒子。如果有许多体粒子与标准模型粒子相互作用,其中每个都会从不同距离由一个不同的膜传递味对称破缺,这样他们的模型就能解释标准模型里味粒子的不同质量。由远处的膜传递的对称破缺,比由附近的膜传递的对称破缺引起的质量要小,尼玛和萨瓦斯将他们的观点取名为“闪光”以强调这一事实。就如当光源离得较远时光会显得暗淡一样,由遥远的膜引起的对称破缺效应会更小。在他们的图景里,夸克和轻子之所以不同味,是因为它们每个都在与不同距离的不同膜相互作用。
额外维度和隔离都是解答粒子物理问题令人振奋的新奇方法,但它未必会止步于此,最近我们发现,甚至在研究宇宙演变的宇宙学中,隔离也发挥了重要作用。很显然,我们仍必须去发现包含隔离粒子的宇宙(或多重宇宙)的所有特征,而新的观点仍将继续涌现。
本书评论