Читать книгу "Уродливая Вселенная - Сабина Хоссенфельдер"

Само по себе Великое объединение между тем не решает проблемы с массой бозона Хиггса. Физикам приходится еще и суперсимметризовать Великое объединение. Мы знаем, что суперсимметрия – если это суперсимметрия природы – должна нарушаться при энергиях выше тех, что нами пока достигнуты, ведь мы еще не засекли суперсимметричных частиц. Но мы так пока и не знаем, при какой энергии симметрия восстанавливается – и происходит ли это вообще. Аргумент, согласно которому суперсимметрия должна придать массе бозона Хиггса естественность, подразумевает, что энергия, при которой суперсимметрия нарушается, на Большом адронном коллайдере должна быть уже достигнута.

Добавление суперсимметрии к Великому объединению не только еще больше увеличивает число симметрий – дополнительное преимущество в том, что это приводит к небольшому продлению времени жизни протона. Так, некоторые варианты суперсимметричной SU(5) – модели и поныне держатся на грани жизнеспособности. Тем не менее основная причина для добавления суперсимметрии заключается в числовом совпадении, которое мы обсуждали в четвертой главе, – в объединении констант взаимодействий (см. рис. 8).

Кроме того, теории Великого объединения имеют более строгую структуру, чем Стандартная модель, что добавляет им привлекательности. Скажем, теория электрослабого взаимодействия – это объединение неудовлетворительное, потому что в ней все еще есть две разные группы симметрии, U(1) и SU(2), и две соответствующие константы взаимодействий. Две эти константы связаны параметром, который носит название «слабый угол смешивания», и в Стандартной модели его значение должно определяться экспериментально. Однако в большинстве теорий Великого объединения структура групп фиксирует значение 3/8 для квадрата синуса слабого угла смешивания при энергиях Великого объединения. При экстраполяции в область низких энергий это согласуется с экспериментальными данными.

Многие физики думают, что эти числа не могут быть случайностью. Мне так часто говорили, что они просто обязаны что-то означать, что я и сама иногда верю, будто это так. Есть, правда, несколько «но», о которых вам следует знать.

Что самое важное: насколько точно константы взаимодействий сходятся к одному значению, зависит от энергии, при которой нарушается суперсимметрия. Если эта энергия выше примерно 2 ТэВ, схождение в одну точку начинает ухудшаться. Большой адронный коллайдер уже почти исключил возможность того, что область нарушения суперсимметрии лежит ниже этой энергии, – а тогда рассыпется одно из главных привлекательных свойств суперсимметрии. Более того, если мы так жаждем Великого объединения, нет никаких особых причин, заставляющих константы взаимодействий всем скопом совпадать при одной и той же энергии – сначала вполне могли бы совпасть две из них, а потом уже к ним присоединилась бы третья. Просто это не было бы так красиво, поскольку задействовало бы дополнительную область энергий.

Позвольте также упомянуть, что схождение в одну точку констант взаимодействий не связано исключительно с суперсимметрией. Это следствие добавления тяжелых частиц, которое начинает проявляться при высоких энергиях. Можно измыслить много других комбинаций дополнительных частиц, которые вынудят те кривые пересечься. В случае суперсимметрии мы не вольны выбирать дополнительные частицы, и физики считают, что эта жесткость свидетельствует в пользу теории. Более того, пересечение кривых в случае суперсимметрии стало неожиданностью, когда впервые было замечено. А как мы видели ранее, физики уделяют больше внимания неожиданным открытиям.

Вот какие есть «но». Впрочем, в пользу суперсимметрии говорит еще кое-что: некоторые из новых суперсимметричных частиц имели бы нужные свойства, чтобы составлять темную материю. Они должны были бы возникать в изобилии в ранней Вселенной, никуда не деваться, будучи стабильными, и взаимодействовать очень слабо.

Таким образом, теория суперсимметрии сочетает в себе все, что физики-теоретики выучились лелеять: симметрию, естественность, объединение и нежданные открытия. Суперсимметрия – это то, что биологи называют сверхстимулом, искусственным, но вызывающим непреодолимую тягу.

«Суперсимметрия предлагает решение всех этих проблем, которое явно проще, элегантнее и красивее, чем может предложить любая другая теория. Если наш мир суперсимметричен, то все кусочки пазла идеально подгоняются друг к другу. Чем больше мы исследуем теорию суперсимметрии, тем неотразимее она становится»117, – пишет специалист по физике элементарных частиц Дэн Хупер. По мнению Майкла Пескина, автора одного из самых популярных учебников по квантовой теории поля, суперсимметрия – это «следующий шаг вперед к самой полной картине мира, где мы придаем всему симметрию и красоту»118. Дэвид Гросс называет теорию суперсимметрии «красивой, “естественной” и уникальной» и верит, что «Эйнштейн, если бы ознакомился с [теорией суперсимметрии], полюбил бы ее»119. И Фрэнк Вильчек доверяет природе, хотя и более настороженно: «Все эти подсказки могут быть обманчивы, но это было бы воистину жестокой шуткой матери-природы – и воистину бестактно с ее стороны»120.

Теория чего-то

Я в городе Темпе в штате Аризона. Какой-то парень переходит улицу на красный свет. Водитель автобуса бьет по тормозам и нарушает ход моих мыслей потоком брани. Парень медленно уходит с дороги, уставившись в свой телефон. Закончив ругаться, водитель рассказывает мне об университетской программе по расширению, растущем числе студентов, выскакивающих черт знает откуда на каждом углу, новых студенческих столовых и строящихся зданиях. Я киваю в знак одобрения образованных молодых американцев и стараний водителя их не переехать.

Потом он справляется о цели моей поездки и, услышав, что я посещу факультет физики, спрашивает, имею ли я какое-то отношение к ЦЕРН. Какового я не имею на самом-то деле, но водитель просто хочет узнать, была ли я там когда-нибудь. Да, и видела туннель, некоторые магниты и самый большой детектор, ATLAS, поскольку он еще строился. Помимо этого, впрочем, я преимущественно видела множество слайдов и перепила кофе на конференции, о которой больше почти ничего не помню. Водитель говорит, что мечтает однажды побывать в ЦЕРН, он следит за всеми исследованиями и надеется, что мы обнаружим что-то новое. Я чувствую вину за то, что мы так пока этого и не сделали, а может, и не сделаем вовсе, и боюсь, что мы его разочаруем. Я чуть не извинилась перед ним.

На следующее утро я натираю две мозоли, потому что заставила себя хоть раз не надевать кроссовки, и приезжаю как раз вовремя, чтобы выяснить, что заведение, где мы с Фрэнком Вильчеком должны были встретиться, закрыто. Но мне не приходится долго ждать: Фрэнк появляется в конце улицы в большой шляпе и машет, завидев меня. Не желая умножать мозоли, я останавливаю выбор на соседнем местечке, маленьком бистро, где подают завтрак.

Фрэнк регулярно приезжает в Университет штата Аризона. Нынешний его визит организован «Истоками» (Origins Project), междисциплинарным проектом с обширной просветительской программой, посвященной исследованию фундаментальных вопросов. Сегодня вечером Фрэнк примет участие в дискуссии, модерируемой Лоуренсом Крауссом, директором проекта. Фрэнк дал имя аксиону, питает нежные чувства к ракам-богомолам и буквально утонул в наградах 121. В 2004 году вместе с Дэвидом Гроссом и Хью Дэвидом Политцером он получил Нобелевскую премию за открытие «асимптотической свободы» сильного взаимодействия, что означает ослабление последнего на малых расстояниях. Но сейчас, учитывая, чем озабочена я, во Фрэнке меня больше всего интересует его «художественная» сторона.