Экспериментальная проверка сценария больших дополнительных измерений в ЕТВЭ

1. Поиск отклонений от закона Ньютона на субмиллиметровых масштабах

• Суть эксперимента: Измерение гравитационного взаимодействия между тестами массами на расстояниях от нескольких микрометров до миллиметров.
• Методы:
• Крутильные весы: Высокоточное измерение силы между сферами или пластинами.
• Атомные интерферометры: Измерение гравитационного потенциала с помощью холодных атомов.
• Ожидаемый сигнал: Отклонение от закона F sim 1/r^2 в виде поправки:

  F(r) = -G_N frac{m_1 m_2}{r^2} left(1 + alpha e^{-r/lambda}right),

  где lambda sim r_c — характерный масштаб дополнительных измерений.

• Текущие ограничения: Эксперименты типа Eöt-Wash, MICROSCOPE исключили отклонения для lambda > 10^{-4} text{м}.

2. Поиск микроскопических чёрных дыр на ускорителях

• Суть: При энергиях выше M_* sim 1 text{ТэВ} в столкновениях частиц могут рождаться чёрные дыры.
• Методы:
• LHC (Большой адронный коллайдер): Поиск событий с множественными струями и большим пропущенным импульсом.
• Космические лучи: Анализ showers от ultra-high-energy космических лучей.
• Ожидаемый сигнал: Рождение чёрных дыр с последующим испарением по излучению Хокинга.
• Текущие ограничения: LHC исключил рождение чёрных дыр для M_* < 10 text{ТэВ}.

3. Поиск калибровочных кК-резонансов

• Суть: КК-моды калибровочных полей могут проявляться как резонансы в инвариантной массе.
• Методы:
• LHC: Поиск дибозонных резонансов (e.g., (Z' to e^+e^-)).
• Точные измерения стандартных процессов: e.g., Compton scattering.
• Ожидаемый сигнал: Пики в спектре инвариантной массы.
• Текущие ограничения: LHC исключил Z' с массами до 5 text{ТэВ}.

4. Поиск гравитонов в missing energy событиях

• Суть: Гравитоны могут уносить энергию в дополнительные измерения.
• Методы:
• LHC: События с большим пропущенным поперечным импульсом.
• Космология: Нагрев вселенной за счёт распада гравитонов.
• Ожидаемый сигнал: Монофотонные или моноструйные события с unbalanced momentum.
• Текущие ограничения: LHC исключил M_* < 2 text{ТэВ} для d=2.

5. Астрофизические и космологические тесты

• Нагрев звёзд: Испарение чёрных дыр в нейтронных звёздах.
• Космологические возмущения: Влияние KK-мод на inflation и large scale structure.
• Гравитационные волны: KK-моды могут модифицировать спектр гравитационных волн.

6. Сводка экспериментов

Эксперимент Метод Ожидаемый сигнал Текущее ограничение

Субмиллиметровая гравитация Крутильные весы, атомные интерферы Отклонение от 1/r^2 lambda > 10^{-4}  text{м}

LHC (чёрные дыры) Столкновения частиц Множественные струи + missing energy M_* > 10  text{ТэВ}

LHC (KK-резонансы) Дибозонные спектры Пики в инвариантной массе M_{KK} > 5  text{ТэВ}

LHC (гравитоны) События с missing energy Монофотонные события M_* > 2  text{ТэВ}

Астрофизика Наблюдение за звёздами Избыточное рентгеновское излучение M_* > 50  text{ТэВ}

7. Перспективы

• Будущие ускорители (FCC, CLIC): Позволят проверить M_* до 100 text{ТэВ}.
• Квантовые сенсоры: Улучшение точности гравитационных экспериментов на малых расстояниях.
• Космологические surveys: Euclid, SKA улучшат ограничения на KK-моды.

Таким образом, сценарий больших дополнительных измерений поддаётся прямой экспериментальной проверке. Текущие данные не поддерживают его для d=1,2, но для d>2 он ещё допустим.