Читать книгу "Уродливая Вселенная - Сабина Хоссенфельдер"

«Почему SUSY должна быть частью природы?»

«Все дело в силе ее симметрии, – объясняет Кит. – Думаю, она все еще очень убедительна. Независимо от того, достижима ли SUSY на низких энергиях, я продолжаю считать, что ее существование возможно. Если бы масса бозона Хиггса оказалась 115, 120 ГэВ, а SUSY не обнаружилась, было бы гораздо хуже. А то, что его масса близка к верхнему пределу, дает некоторую надежду. На самом деле все и должно быть непросто, поэтому в том, что Большой адронный коллайдер не видит SUSY, есть смысл».

Хиггсовский бозон после своего рождения быстро распадается, так что о его присутствии приходится судить по продуктам распада, достигающим детектора. Однако то, как распадается бозон Хиггса, зависит от его массы. Тяжелый бозон Хиггса, при условии, что он бы вообще родился, вызвал бы сигнал, который было бы легче обнаружить. Таким образом, даже прежде, чем Большой адронный коллайдер начал свой поиск, масса хиггсовского бозона уже была ограничена как снизу, так и сверху.

Большой адронный коллайдер в конце концов закрепил за бозоном Хиггса массу 125 ГэВ, точно на верхней границе диапазона, который пока еще не был исключен. Более тяжелый бозон Хиггса допускает существование более тяжелых суперпартнеров, поэтому, коль скоро речь идет о SUSY, чем тяжелее хиггсовский бозон, тем лучше. Но тот факт, что никаких суперпартнеров до сих пор не нашли, означает, что они должны быть настолько тяжелыми, что измеренной массы бозона Хиггса можно было бы достичь только за счет тонкой настройки параметров суперсимметричных моделей.

«Теперь мы знаем, что некоторая тонкая настройка есть, – говорит Кит. – И это само по себе превращает вопрос в крайне субъективный: насколько тонкая настройка плоха?»

* * *

Как мы уже обсуждали, физики не любят численных случайностей, которые требуют очень больших чисел. А поскольку величина, обратная очень большому числу, есть число очень маленькое, а значит, одно может быть преобразовано в другое, физики не любят и очень маленькие числа. В общем, они не жалуют числа, сильно отличающиеся от 1.

Однако беспокоятся физики только о величинах без единиц измерения – «безразмерных» величинах, в противоположность «размерным», имеющим единицы измерения. А все потому, что значения величин, имеющих размерность, по сути своей бессмысленны, ведь они зависят от выбора единиц измерения. Действительно, при помощи подходящих единиц измерения любую величину, имеющую размерность, можно сделать равной 1. Скажем, скорость света равна 1 в световых годах в год. Поэтому-то, когда физики волнуются о числах, тревогу у них вызывают лишь безразмерные величины, такие как отношение масс бозона Хиггса и электрона, которое оказывается примерно равным 250 000:1.

Проблема с массой хиггсовского бозона, которую мы обсуждали выше, не в том, что сама эта масса мала, ведь подобные утверждения зависят от выбранных единиц измерения и потому лишены смысла. Масса бозона Хиггса равна 1,25 × 1011 эВ, что выглядит солидно, но это то же самое, что и 2,22 × 10–21 грамма, что смотрится уже мизерным. Нет, мала не сама масса хиггсовского бозона, а отношение массы к (массе, эквивалентной) энергии, соответствующей квантовым поправкам к этой массе. Надеюсь, вы простите мне прежнюю небрежность.

Аргументы о естественности происходят из желания физиков, чтобы все безразмерные величины были близки к 1. Но числа не обязаны равняться ровно 1, поэтому тут есть предмет для споров, насколько большое число все еще допустимо. И правда, во многих уравнениях у нас уже присутствуют безразмерные величины, а они могут дать множители, не обязательно близкие к 1. Например, 2π в степени, зависящей от числа пространственных измерений (особенно если у вас их больше трех), резво взлетает до значений больше 100. А если вы еще немножко усложните свою модель, то сумеете получить значения даже выше.

Итак, какой размах тонкой настройки считать уже «перебором», зависит от вашей толерантности к объединению факторов во что-то более крупное. Следовательно, субъективны и оценки того, насколько суперсимметрия в беде – теперь, когда результаты с Большого адронного коллайдера требуют от нее тонкой настройки, чтобы у бозона Хиггса была правильная масса. Возможно, мы в силах точно вычислить, какого масштаба требуется тонкая настройка. Но мы не можем вычислить, тонкую настройку какого масштаба теоретики готовы допустить.

* * *

«Одним из основных привлекательных свойств суперсимметрии всегда было то, что она позволяла избежать тонкой настройки, – говорит Кит. – Нам нравится думать, что если за пределами Стандартной модели есть некая теория и вы выписываете [квантовые] поправки, то вам не придется подстраивать их до нужной точности».

«А что не так с тонкой настройкой?»

«Она кажется какой-то непривлекательной! – восклицает Кит и смеется. – Естественность – своего рода руководящий принцип. Если ее называть привлекательной, то это и есть определение привлекательного: оно привлекает нас, на него мы слетаемся». «В конечном счете, – продолжает Кит, – единственное, в правильности чего мы уверены, – Стандартная модель. И это всех раздражает. Должно быть что-то за ее пределами, хотя бы чтобы объяснить темную материю или [почему Вселенная содержит больше вещества, чем антивещества]. Там правда что-то должно быть. Просто многим людям сложно себе представить, будто это что-то совсем другое, случайное, что-то совершенно отдельное. По-моему, нужно как раз добавить симметрию или объединение».

Я спрашиваю Кита, какой экспериментальной стратегии придерживаться, но ему нечего посоветовать.

«Все простые шаги уже сделаны, – говорит он. – Дальше будет сложно. Будет сложно. В 1950-х годах, когда началось развитие физики элементарных частиц, было намного проще. Было не так уж трудно построить установку на несколько ГэВ и сталкивать частицы. И отовсюду полезли новые данные, о которых физика еще ничего не знала. Столько было странных результатов – вот почему они назвали частицы “странными”! Количество открытых за год частиц зашкаливало. И это привело к разнообразнейшим достижениям в теории. А сейчас… Тяжело без каких-либо ориентиров в эксперименте. Поэтому-то мы и работаем, полагаясь на то, что, по нашему мнению, красиво».

ВКРАТЦЕ

• Обычно эксперимент и теория способствуют обоюдному прогрессу.

• То, что сейчас мы считаем самыми фундаментальными законами природы, выстроено на принципах симметрии.

• Если новые данные становятся редкими и скудными, при оценке теорий физики-теоретики полагаются на свое чувство прекрасного.

• Красота – не научный критерий, однако может быть критерием, основанным на опыте.

Глава 4

Трещины в фундаменте

В которой я встречаюсь с Нимой Аркани-Хамедом и стараюсь смириться с тем, что природа неестественна, все, чему мы учимся, превосходно и всем наплевать, что я думаю.

Отличная работа, если суметь ЕЕ получить

Стайка школьников фотографирует Институт Нильса Бора, когда я подъезжаю на такси. С фасада здания надпись сообщает название института и год основания – 1920. Именно здесь в Копенгагене почти сто лет назад ученые собирались, чтобы заложить основы атомной физики и квантовой механики, теорий, благодаря которым существует вся современная электроника. Каждой микросхемой, каждым светодиодом, каждой цифровой камерой и каждым лазером – всем этим мы обязаны уравнениям, зародившимся здесь, когда Гейзенберг и Шрёдингер приходили говорить о физике с Бором. Правильное место, чтобы делать фотографии, когда на вас смотрит учитель.