30 ноября 2006 г.

Есть ли связь между темным веществом и барионной асимметрией?

Сегодня был астрофизический семинар, выступал некто Michel Tytgat из Брюсселя. Рассказывал свою идею о том, что происхождение барионной асимметрии и происхождение темного вещества могут быть связаны друг с другом (см. например hep-ph/0606140).

Суть такова. Над Стандартной моделью строится некий довесок: новые кварки, лептоны, калибровочные бозоны. Начальная ситуация такова, что никакой барионной асимметрии нет. Затем строится такая модель их взаимодействия, что тяжелые частицы в процессе распада порождает два сектора: один сектор распадается в конце концов на обычное вещество, а второй -- на тяжелые частицы, которых мы не видим и которые составляют темную материю. Конструкция такова, что никакой асимметрии вещества в целом нет: просто барионная асимметрия в "светлой материи" как раз компенсируется противоположной асимметрией темной материи. Таким образом не только эти две, казалось бы разрозненные, вещи соединяются в нечто единое, но и возникает более-менее естественное объяснение тот "случайный" факт, что в нашей вселенной плотность темной материи и светлой материи -- одного порядка (они отличаются всего в пять раз, но в принципе могли бы отличаться на много порядков).

Правда с точки зрения физики частиц конструкция выглядит чрезвычайно неуклюже. Причем автор сам это понимает, он за время доклада несколько раз это повторял извиняющимся тоном :)

[Комментарии на Элементах]

19 ноября 2006 г.

Незашоренный взгляд со стороны

Распространена такая точка зрения, что мнение дилетанта может (и даже должно!) оказаться очень полезным, потому что "взгляд со стороны" вроде как незашоренный, свободный от предрассудков, позволяет влить свежую струю, освободиться от искусственных оков мышления и т.д.

Так вот, опыт показывает, что в подавляющем большинстве случаев так называемое "свежее" мнение полного дилетанта оказывается гораздо более зашоренным, чем у (грамотных) специалистов в рассматриваемом вопросе.

Суть в том, что в науке за многие века уже наработано множество очень нетривиаиальных идей и поворотов мысли. Эти повороты мысли расширяют мыслительные способности человека, позволяют понимать и доказывать то, что "в лоб" кажется совсем непонятным. Полный дилетант как правило не знаком с этими "умениями", он просто не понимает ни их возможностей, ни их последствий, и в результате он просто изначально обречен рассуждать в очень узкой колее. Хотя ему самому -- в силу неспособности увидель собственные ограничения -- кажется, что его мысли очень нетривиальны, что они предоставляют новую свободу мышления, что он открывает глаза "зашоренным узким спеиалистам".

Так что альтернативщики -- это, кроме всего прочего, представители очень зашоренных взглядов, которые сами того не понимают.

[Комментарии на Элементах]

18 ноября 2006 г.

И еще по поводу плаща-невидимки

Хотелось бы получше разобраться с работой, по которой была написана новость Возможность существования плаща-невидимки сведена к математической теореме.

В комментариях было сделано правильное замечание: если свет огибает область, в которой спрятан предмет, то он должен в процессе этого идти по пути, более длинном, чем путь "насквозь". Т.е. вроде как получается, что огибающая волна никогда не сможет полность "притвориться" невозмущенной. В крайнем случае можно осветить тело импульсом света, и тогда можно заметить, что импульс исказился: "центральная часть" импульса задержадась относительно периферической части.

На самом деле, в приближении геометрической оптики, в которым были поделаны более ранние расчеты "маскирующей оболочки", это еще не проблема. Дело в том, что давно известны активные среды, в которых групповая (не фазовая!) скорость превышает скорость света в вакууме. Вкратце -- это такая среда, которая усиливает подъем, передний фронт волнового пакета так, что эффективно получается, словно горб смещается вперед быстрее скорости света. Подчеркну, что мелкие детали волнового пакета при этом искажаются, но в целом волновой пакет сохраняет форму (и амплитуда) с хорошей точностью.

Именно это и предлагается использовать для компенсации задержки светового импульса из-за кривой траектории. Это должно -- по крайней мере в принципе -- хорошо работать, если световая вспышка не слишком короткая (длительность много больше периода колебания). Однако если вспыхнуть сверхкороткой вспышкой, то как мне кажется, невидимость исчезнет. Таким образом, в той конструкции, которая основана на геометрической оптике, получается лишь приблизительная невидимость. Что в общем не страшно -- ведь "опасные" сверхкороткие световые импульсы длительностью в фемтосекунды создавать трудно.

Но как обстоит дело с этим вопросом в новой схеме, предложенной в math.AP/0611185 ? Вот это мне пока непонятно. Дело в том, что в этой работе авторы сразу же переходят к анализу не временной зависимости, а отдельных фурье-компонент. Иными словами, проводится анализ для плоской волны фиксированной частоты. Правда, авторы делают выводы, которые годятся для любых частот. Но означает ли это, что выводы будут справедливыми, если из этих фурье-компонент собрать очень узкий волновой пакет? Я пока в этом не уверен.

[Комментарии на Элементах]

10 ноября 2006 г.

Плащ-невидимка и современная математика

Некоторое время назад в СМИ было большое оживление, связанное с открытием принципиальной возможности сделать объект невидимым для постороннего наблюдателя и практической реализацией этой идеи в микроволновом диапазоне (см. статью Эльфийский плащ стал реальностью).

Вчера я наткнулся на очень интересную статью math.AP/0611185, "Full-wave invisibility of active devices at all frequencies", в которой доказываются еще более сильные результаты.

Во-первых, на меня произвело очень сильное впечатление, что такая понятная и знакомая всем задача :) как возможность создания плаща-невидимки формулируется в виде четкой математической теоремы: неединственность решения задачи Кальдерона для уравнений Максвелла. Второе сильное впечатление я получил, когда полез искать информацию про эту задачу и выяснил, что та же самая высокая математика уже давно и вовс используется в медицине, в электроимпедансной томографии.

Суть математического утверждения, стоящего за плащом-невидимкой, очень простая. Когда мы рассматриваем объект (освещая его, например, фонариком), мы решаем обратную задачу: зная то, как мы освещаем тело, и видя то, какой свет попадает к нам в глаза, мы восстанавливаем форму, цвет и прочие свойства объекта. Свет -- это электромагнитные волны, поэтому, в более строгой формулировке, мы посылаем электромагнитные волны, а сами сидим снаружи некоторой области и меряем все электрические и магнитные поля на её границе. Имея все эти данные, мы пытаемся восстановить распределение коэффициента преломления (точнее, эл. и магн. восприимчивостей) внутри этой области. Это и есть задача Кальдерона.

Единственность решения задачи Кальдерона означала бы, что если мы на границе "видим" распределение полей от пустого пространства, то ничего кроме пустого пространства там быть не может -- т.е. объект никогда нельзя абсолютно спрятать от наблюдения. И наоборот, если абсолютный плащ-невидимка может существовать (хотя бы в принципе), то это значит, что две различные ситуации -- пустое пространство и тело, "покрытое плащом" -- приводят к идентичным наблюдательным данным на границе, что возможно только при неединственности решения задачи Кальдерона.

Предыдущие теоретические работы на самом деле трактовали задачу в очень упрощенном виде -- в пределе гометрической оптики. Т.е. рассматривалось распространение не волн, а бесконечно тонких лучей света (т.е. длина световой волны считается нулевой или по крайней мере много меньше размеров области). В данной работе доказано, что утверждение справедливо и для произвольных волн, сколь угодно длинных. Более того, если я правильно понял, дается конструктивное доказательство невидимости: т.е. по заданном телу можно построить такую оболочку, которая его делает полностью невидимым.

Но не это даже главное. Авторы утверждают, что "спрятать" не только пассивный, но и активный объект -- т.е. имеющий поглотители и излучатели ЭМ волн, токи и т.д. Говоря простыми словами, "спрятать" можно и работающие ЭМ устройства! (Какие перспективы для военных, однако!)

Вот тут начинаются, правда, тонкости, которые я не улавливаю. Утверждается, что для невидимости активных обхектов требуется использовать некое "двойное" покрытие, которе обладает какими-то математическими свойствами, невозможными для "одинарного". Бло бы интересно, если бы кто-нибудь разъяснил подробнее.

Впрочем стоит сказать, что всё это, конечно, красиво, но для практического применения наверно не сильно важно -- реально нужна не абсолютная, а приблизительная невидимость. Хотя методы, использованные в статье, могут пригодиться при реальном конструировании "плащей-невидимок".

[Комментарии на Элементах]

7 ноября 2006 г.

И еще про преонные модели

В прошлом сообщении я упомянул, что попытки построить кварки и лептоны из преонов "обычным" способом (через некое силовое взаимодействие) наталкиваются на проблемы, которых не было на более высоких уровнях устройства материи (атомы/ядра/адроны). Поясню чуть подробнее.

Если преоны -- это действительно частицы, которые связаны друг с другом в кварки какими-то силами, то исходя из современных данных, они должны быть локализованы в пространстве в области не более 10^(-18) м. По соотношению неопределенности это значит, что типичные значения кинетической энергии этих преонов составляют ТэВы и выше. В то же время, массы кварков и лептонов, построенных из преонов, на много порядков меньше -- ГэВы, МэВы, не говоря уже о нейтрино. Такое может быть только в единственном случае -- если взаимодействие между преонами настолько интенсивное, что энергия связи, во-первых, тоже составляет минус ТэВы по порядку величины, а во-вторых, чрезвычайно точно компенсирует огромную кинетическую энергию.

Построить квантовополевую модель, в которой бы естественным образом выполнялись эти требования, очень непросто, и насколько я понимаю, пока никому не удалось. Но вот интересно -- существуют ли в других разделах физики (гравитация? конденсированные среды?) точно решаемые задачи, удовлетворяющие описанным свойствам?

[Комментарии на Элементах]

5 ноября 2006 г.

Преонные звезды

Есть такая разновидность физиков, которые изучают максимально экзотические модели, из серии "что в принципе можно выдумать такого-этакого, что было бы совершенно необычно, но при этом пока что не противоречило бы имеющимся данным". Особенно сильно фантазия разыгрывается, когда речь идёт об экзотических объектах в астрофизике. (Положа руку на сердце, признаюсь, что к астрофизике я отношусь как к науке преимущественно описательной.)

Зеркальная материя, космические струны и т.д. уже не новы. Вот экзотика посвежее -- преонные звезды (astro-ph/0410417 = Phys.Lett. B616 (2005) 1-7).

Авторы пишут, что если кварки действительно состоят из частиц какого-то более глубокого уровня -- преонов, -- то по аналогии с кварковыми звездами могут быть и преонные звезды. Причем сразу заявляют, что их плотность должна быть выше, чем у классических нейтронных или кварковых звезд, т.е. речь идет о звездах размером, грубо говоря, в сантиметры. Ну и вся статья посвящена анализу стабильности таких звезд, их возможным специфическим "сигнатурам" и т.д.

Чем эта статья удивила меня? Тем что в ней делят шкуру неубитого -- и более того, еще не родившегося! -- медведя. Т.е. работа по существу пустая. Дело в том, что преонные модели устройства кварков, лептонов и т.д. конечно существуют, и их уже преложено немало, но пока нет ничего хоть чего-то работоспособного. Более того, во многих моделях образование кварков из преонов описывается совсем иначе, чем образование протонов из кварков. Т.е. нет никаких точечных частиц, никакого потенциала взаимодействия, нет никаких сил, а есть чисто топологические образования. Т.е. по сути дело, кроме слов "преоны" и их хитрых комбинаторных свойств, пока ничего не предложено.

В общем, для меня это выглядит как древнее мифотворчество: не зная, что за существа живут по ту сторону океанв, на краю земли, люди их изображали многоголовыми драконами и прочими мутантами :) По-моему, в астрофизике не только не возбраняется, но и поощряется такого рода творчество.

[Комментарии на Элементах]