Читать книгу "Уродливая Вселенная - Сабина Хоссенфельдер"

Поскольку нам нужны высокие энергии, чтобы прощупать короткие расстояния, низкое разрешение соответствует низкой энергии, а высокое разрешение – высокой энергии. В физике высоких энергий, что, в общем-то, и не удивительно, о потоке в пространстве теорий чаще размышляют как об изменении энергии, а не разрешения. Тогда константы взаимодействий «бегут» с энергией, как говорят физики, и этот их бег можно вычислить.

Рис. 8. Экстраполяция (пунктирные линии) сил известных взаимодействий из измеренной области (сплошные линии) до высоких энергий. С суперсимметрией прямые сходятся в одной точке, при условии, что суперсимметричные частицы начнут проявляться в коллайдерах уже скоро (при энергиях вблизи серой вертикальной линии). Выше энергии объединения индивидуальные силы взаимодействий теряют смысл.

Если подобные расчеты выполнить для Стандартной модели, прямые согласуются с измерениями при энергиях, достижимых сегодня. При экстраполяции в область более высоких энергий силы взаимодействий сходятся попарно в трех разных точках (рис. 8, вверху). А вот если добавить суперсимметрию, то они сходятся в одной точке (в пределах погрешности измерений низкоэнергетических значений), соответствующей «объединению констант взаимодействий» (рис. 8, внизу). Если существует только одна фундаментальная калибровочная симметрия, значит, существует и единственная фундаментальная константа взаимодействия, следовательно, три разных константы должны в итоге совпасть. То, что суперсимметрия при высоких энергиях заставляет три константы слиться в одну, стало одним из сильнейших стимулов разрабатывать эту теорию. Необходимо ли объединение констант взаимодействий? Нет. Красиво ли оно? О да.

* * *

«Мне кажется, пик взбудораженности по поводу SUSY пришелся на 1991–1992 годы, – говорит Нима. – А с тех пор ажиотаж утихает. Когда суперсимметрия не проявилась при втором запуске Большого электрон-позитронного коллайдера, многие в нашей области говорили, что есть проблема, что мы уже должны были увидеть суперсимметрию. Если не существует никаких суперпартнеров, почему тогда работает объединение констант взаимодействий? А что насчет темной материи, почему она работает?»

«Ну, вообще-то мы не знаем, работает ли она», – замечаю я.

«Да-да, конечно», – соглашается Нима.

«Она дает нам кандидата?» – подсказываю я.

«О’кей, – говорит он, – почему кажется, будто она подсказывает нам кандидата? Почему она словно хотела бы работать?»

Я молчу. Трудно поверить, что все это лишь бессмысленное совпадение. SUSY так естественно продолжает поиски объединения, так красиво работает, так идеально вписывается – она просто не может быть самообольщением, культивируемым стадным мышлением физиков. Либо я идиот, либо тысяча человек с их премиями и наградами. Расклад не в мою пользу.

«Возвращаясь к вопросу, почему люди вообще до сих пор работают над суперсимметрией, – прерывает Нима молчание, – нужно сказать, что интерес к ней резко снизился. Конечно, есть еще те, кто над ней работает. У академической науки много хворей, и одна из них заключается в том, что ты продолжаешь заниматься тем, чем занимался. Каким-то образом оказывается, что все так или иначе занимаются аналитическим продолжением того, что делали для своей диссертации[54]. Хорошо, что экспериментаторам все равно».

«Но ведь нужно, чтобы теоретики говорили экспериментаторам, где искать?»

«Это верно», – кивает Нима.

Но я счастлива согласиться, что мы на верном пути. Все хорошо. Давайте вернемся к работе, построим следующий коллайдер, выясним, что не так с бозоном Хиггса. Нам не нужна помощь философов.

Во время обратного рейса во Франкфурт, вдали от пышущего энтузиазмом Нимы, я понимаю, почему он приобрел такое большое влияние. В отличие от меня, он верит в то, что делает.

Дифотонная диарея начинается

15 декабря 2015 года. Как и тысячи моих коллег по всему миру, я смотрю прямую трансляцию из ЦЕРН. Сегодня коллабораторы, проводившие два самых масштабных эксперимента на Большом адронном коллайдере – CMS и ATLAS, – представят свои первые результаты со второго запуска, измерения на беспрецедентно коротких расстояниях.

Джим Олсен из команды CMS выходит на сцену. Он начинает разъяснять устройство детектора и применявшиеся методы анализа. Как бы мне хотелось перемотать эту часть… Не исключено, что настал день, когда Стандартная модель начнет разваливаться, – я хочу увидеть данные, а не фотографии магнитов!

При первом запуске проявились некоторые небольшие отклонения от предсказаний Стандартной модели. Подобные отклонения могут – и часто так и происходит – возникать случайно, в результате хаотических флуктуаций. Поэтому ученые любому отклонению от их действующих лучших теорий приписывают показатель достоверности, определяемый как вероятность того, что это отклонение – чистейшая случайность. Выпадающие значения в данных с первого запуска имели шансы оказаться случайными примерно 1 к 100. Такие флуктуации возникают все время и исчезают все время, так что не было никаких причин для волнения.

Олсен переходит к результатам эксперимента CMS. Действительно, надежность всех флуктуаций с первого запуска упала, то есть они почти наверняка были случайным шумом. Дальше ученые проанализировали данные со второго запуска, ища отголоски популярных в последнее время идей. И не нашли ничего: ни признаков дополнительных измерений, ни суперпартнеров, ни мини-версий черных дыр, ни четвертого поколения фермионов. Под пристальным вниманием со стороны прессы большинство заявлений звучат как череда нулевых результатов. Интересно, как Гордон Кейн это воспринял, думается мне.

Но затем, уже в самом конце, Олсен объявляет о новом отклонении от Стандартной модели: зарегистрировано слишком много распадов, в результате которых возникла пара фотонов. Прозванный «дифотонной аномалией», этот излишек не вписывается ни в одно из существующих предсказаний. Он не совместим со Стандартной моделью. Не совместим с любой из известных нам теорий. После этого Олсен передает слово Маруми Кадо из команды ATLAS.

Отчет Кадо почти идентичен олсеновскому. Прежние флуктуации исчезли, но ATLAS тоже зарегистрировал дифотонный излишек. Тот факт, что он был независимо зарегистрирован в обоих экспериментах, существенно снижает риск, что сигнал этот – чистая случайность. Вместе два эксперимента дают шансы 3 к 10 000, что излишек – хаотическая флуктуация и ничего больше. Это все еще очень далеко от стандарта надежности, которого специалисты по физике элементарных частиц придерживаются, когда объявляют о новом открытии, – примерно 1 к 3 500 000. Но вдруг это оно, думаю я, первый шаг на пути к более фундаментальному закону природы? Немедленно мы все начинаем обсуждать, что бы это могло быть.