Supernova and neutron-star limits on large extra dimensions reexamined
Authors: S.Hannestad, G.G.Raffelt
hep-ph/0304029

Наличие дополнительных пространственных измерений (чрезвычайно популярная идея в современной физике, призванная решить проблему иерархии в физике элементарных частиц) естественно влияет на многие процессы в природе. В том числе и на взрывы сверхновых и на остывание нейтронных звезд. Суть в том, что сверхновая может излучать часть своей энергии в виде частиц, которые могут жить и в других измерениях, например в виде т.н. КК-гравитонов (КК - Калуца-Клейн). После взрыва эти частицы могут остаться связанными с нейтронной звездой, и будут "подогревать" ее, т.е. возвращать энергию, распадаясь на другие частицы, давая в итоге высокоэнергичные кванты электромагнитного излучения. Наблюдая сверхновые и остывающие одиночные нейтронные звезды, можно сказать, сколько энергии "пошло налево", соответственно можно дать важные ограничения на дополнительные измерения.

Однако, самые сильные ограничения можно сделать по наблюдениям нейтронных звезд. Даже через значительное время после взрыва образовавшаяся нейтронная звезда должна бы излучать жесткие фотоны из-за находящихся в ней и вокруг нее КК-гравитонов (они захвачены звездой гравитационно, т.е. может существовать и гало из гравитонов вокруг нейтронной звезды). Приборы EGRET не видят такой особенности ни у близких объектов, ни у всей популяции вцелом (это проявлялось бы в виде дополнительного фонового излучения, куда также вносили бы свой вклад все нейтронные звезды и сверхновые).

Кроме того, мы знаем температуру и возраст некоторых близких нейтронных звезд. Если бы был дополнительный источник нагрева, связанный с КК-гравитонами, но температура не могла бы опуститься до наблюдаемых значений за несколько миллионов лет. Именно такие данные и дают самые сильные пределы! Особенно детально изучены две нейтронные звезды: RX J1856-37 (одна из "Великолепной семерки") и PSR J0952+07. Расстояния до них порядка 100 пк. Возраст, соответственно, порядка 1 и 17 миллионов лет. Обсудим, что за пределы они дают.

Авторы рассматривают различное число дополнительных измерений: от 1 до 7 (напомним, что 11 измерений - выделенная величина в теории струн, а потому больше чем 7 дополнительных, при четырех-то наших обычных, можно не рассматривать). Ханнештад и Раффелт получают ограничения на несколько параметров. Рассмотрим лишь один самый понятный.

Мы не "видим" дополнительные измерения, потому что они компактифицированы - свернуты, и на "нашим" масштабах (скажем, сантиметры, метры, парсеки ...) не проявляются. В данной работе дополнительные измерения предполагаются компактифицированными на торах (бубликах) с одинаковым радиусом R. Т.е. это в некотором смысле размер дополнительных измерений. Авторам пришлось предположить, что этот размер одинаков для всех дополнительных измерений, так что результат в этом смысле модельно зависим. Для числа дополнительных размерностей от 1 до 7 верхний предел на R получается равным от 10^-4 до 10^-14 метра. Это один из самых сильных (но может не самых надежных) пределов на сегодняшний день.

Наблюдательные пределы можно выразить и более понятными словами. Можно сказать, что в КК-гравитоны уходит не более 1 процента энергии ядра сверхновой. Так что ОБХСС на страже, и много гравитонов в мешке не утаишь!

Сергей Попов