![[Перевод] Краткая история физической теории великого объединения](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/36b/617/846/36b6178462cd006ad921d8b100ae00ad.jpg "[Перевод] Краткая история физической теории великого объединения")
Специалистам по физике частиц до открытия частицы Хиггса в 2012 году снились два типа кошмаров. Первый – что на Большом адронном коллайдере (БАК) ничего не найдут. В таком случае это был бы последний крупный ускоритель, построенный для зондирования фундаментального устройства мироздания. Второй – что на БАК найдут частицу Хиггса, предсказанную физиком-теоретиком Питером Хиггсом в 1964 году… и больше ничего.
Каждое открытие одного уровня реальности показывает нам следующие уровни. Поэтому каждое важное открытие в науке обычно оставляет нам больше вопросов, чем ответов. Но зато оно обычно даёт нам хотя бы схему дальнейшего пути, помогая нам искать ответы на новые вопросы. Успешное открытие частицы Хиггса и подтверждение существования в пространстве невидимого фона хиггсовского поля (в квантовом мире каждая частица, такая, как частица Хиггса, ассоциируется с полем), стало весомым подтверждением смелых научных открытий XX столетия.
Но и слова Шелдона Ли Глэшоу не потеряли актуальности: частица Хиггса похожа на канализацию. Она прячет все неопрятные детали, о которых мы не хотим говорить. Поле Хиггса взаимодействует с большинством элементарных частиц, когда они перемещаются в пространстве, и создаёт силу сопротивления, замедляющую их движение и придающую им видимость массы. Поэтому массы элементарных частиц, измеряемые нами, и делающие возможным наш привычный мир – это что-то вроде иллюзии, случайность нашего восприятия.
Эта идея, возможно, и выглядит элегантной, но на самом деле представляет собой специальную добавку к Стандартной модели физики – объясняющей три из четырёх известных сил, и то, как они взаимодействуют с материей. Её добавили к теории, чтобы удовлетворить необходимые для точного описания нашего мира требования. Но сама теория её не требует. Вселенная спокойно могла существовать с безмассовыми частицами и дальнодействующим слабым взаимодействием (одно из четырёх взаимодействий – остальными будут сильное, электромагнитное и сила гравитации). Просто здесь не было бы нас и наших вопросов. Более того, точная физика модели Хиггса не определяется внутри только Стандартной модели. Частица могла бы быть в 20 раз тяжелее или в 100 раз легче.
Так почему же она вообще существует? И почему у неё такая масса? (Учитывая, что когда учёный задаёт вопрос «Почему?», на самом деле он имеет в виду «Каким образом?») Если бы частицы Хиггса не было, не было бы и такого мира, какой мы наблюдаем – но это же явно нельзя назвать объяснением. Или можно? Понять основу физики Хиггса – значит, понять то, как появились мы сами. Когда мы спрашиваем: «Почему мы здесь?», по сути, мы спрашиваем: «Почему Хиггс здесь?» И Стандартная модель не может ответить на этот вопрос.
Существуют некие намёки, происходящие от комбинации теории и эксперимента. Вскоре после установления чёткой структуры Стандартной модели, в 1974 году, и задолго до экспериментального подтверждения её деталей в следующем десятилетии, две разных группы физиков Гарварда, в которых работали как Шелдона Ли Глэшоу, так и Стивен Вайнберг, заметили нечто интересное. Глэшоу совместно с Говардом Джорджи, делал то, что умел лучше всего: искал закономерности у существующих частиц и взаимодействий, и новые возможности при помощи математической теории групп.
В Стандартной модели слабое и электромагнитное взаимодействие объединяются при высоких энергиях в единую силу, которую физики называют «электрослабой». Это значит, что слабым и электромагнитным взаимодействием управляет одна и та же математика, он оба подчиняются одним и тем же симметриям, и две эти силы – разные отражения одной единой теории. Но симметрия «спонтанно нарушается» полем Хиггса, взаимодействующим с частицами, переносящими слабое взаимодействие, но не с частицами, переносящими электромагнитное. Это свойство природы приводит к тому, что два этих взаимодействия выглядят отдельными и различающимися на масштабах, доступных нашим измерениям – при этом слабое взаимодействие работает на коротких дистанциях, а электромагнитное – на длинных.
Джорджи и Глэшоу попытались расширить эту идею и подключить к ним сильное взаимодействие, и обнаружили, что все известные частицы и три взаимодействия без гравитации естественным образом умещаются в одной фундаментально симметричной структуре. Они рассудили, что эта симметрия может спонтанно разрушаться на какой-либо ультравысокой шкале энергий (и на короткой дистанции), лежащей за пределами возможностей современных экспериментов, и порождать две отдельных симметрии – сильное и электрослабое взаимодействие. В результате при более низких энергиях и на больших расстояниях разрушается электрослабая симметрия, разделяя электрослабое взаимодействие на слабое, действующее на коротких расстояниях, и электромагнитное, действующее на длинных.
Такую теорию они скромно назвали теорией великого объединения (ТВО).
Примерно в то же время Вайнберг и Джорджи вместе с Хелен Квинн заметили нечто интересное, развивая работу Фрэнка Уилчека, Дэвида Гросса и Дэвида Политцера. Если на малых расстояниях сильное взаимодействие становится слабее, то электромагнитное и слабое становятся сильнее.
Не нужно было быть семи пядей во лбу, чтобы заинтересоваться – не совпадает ли сила трёх разных взаимодействий на каком-нибудь небольшом масштабе. Проведя подсчёты, они обнаружили (с точностью, с которой были измерены взаимодействия), что такое объединение возможно, но только на расстояниях на 15 порядков меньших размера протона.
Если ТВО была той, что предложили Говард Джорджи и Глэшоу – тогда это были хорошие новости, поскольку если все наблюдаемые нами в природе частицы объединяются таким образом, то должны существовать новые частицы (калибровочные бозоны), обеспечивающие связь между кварками (из которых состоят протоны и нейтроны) и электронами с нейтрино. А это значило бы, что протоны могут распадаться на более лёгкие частицы, которые мы в принципе можем наблюдать. Как писал Глэшоу, «бриллианты не навсегда».
И даже тогда было известно, что время жизни протонов чрезвычайно велико. Не только потому, что мы всё ещё существуем спустя 14 млрд лет после Большого взрыва, но и потому, что мы не умираем от рака в детстве. Если бы среднее время жизни протона было бы меньше чем миллиард миллиардов лет, тогда в детстве в нашем теле распадалось бы достаточно протонов, чтобы их радиация убивала бы нас. В квантовой механике все процессы вероятностные. Если средний протон живёт миллиард миллиардов лет, и если у вас есть миллиард миллиардов протонов, тогда один из них в среднем будет распадаться каждый год. А в нашем теле гораздо больше, чем миллиард миллиардов протонов.
Однако с такой невероятно маленькой шкалой расстояний, и, следовательно, с такой огромной массовой шкалой, ассоциирующейся со спонтанным нарушением симметрии в ТВО, новые калибровочные бозоны получают огромные массы. А это привело бы к тому, что управляемые ими взаимодействия совершались бы на таких малых расстояниях, что были бы невероятно слабыми с точки зрения протонов и нейтронов. В результате, хотя протоны и могут распадаться, в нашем случае до этого они смогут прожить, возможно, миллион миллиардов миллиардов миллиардов лет.
Благодаря результатам, полученным Глэшоу с Джорджи, а также Джорджи с Квинном и Вайнбергом, в воздухе витали ожидания великого синтеза. После успеха электрослабой теории физики, изучающие частицы, были настроены амбициозно и верили в последующее объединение.
Как же узнать, верны ли эти идеи? Нельзя было построить акселератор, способный работать на энергиях в миллион миллиардов раз больше массы покоя протонов. Окружность такой машины должна была бы сравниться с орбитой Луны. И даже если бы это было возможно, то в результате фиаско Сверхпроводящего суперколлайдера ни одно правительство не одобрило бы такую смету [Этот коллайдер, который также называли Десертроном, должны были построить в Техасе в 90-х годах, но из-за проблем с бюджетом проект был отменён. Планировалось, что длина его окружности составит 87,1 км. На строительство было потрачено $2 млрд, а конечную стоимость оценивали в $12 млрд – прим. перев.].
К счастью, был и другой способ – использовать описанную мной вероятность, ограничивающую время жизни протона. Если ТВО предсказывает время жизни протона в тысячу миллиардов миллиардов миллиардов лет, значит, нужно запихнуть тысячу миллиардов миллиардов миллиардов протонов в один детектор, и тогда в среднем один из них будет распадаться каждый год.
А где же взять так много протонов? Всё просто: в 3000 тоннах воды.
Всё, что требовалось для этого – разместить в темноте резервуар с водой, убедиться, что в этом месте нет радиоактивного фона, окружить его чувствительными фотоэлементами, способными обнаружить вспышки света в детекторе, и затем подождать годик в ожидании вспышки света при распаде протона. Звучит пугающе, но всё же именно по такой схеме были оплачено и построено как минимум две крупных экспериментальных установки – одна глубоко под землёй в соляной шахте близ озера Эри (IMB), другая – в цинковой шахте Камиока в Японии (Камиоканде). Шахты использовались для отсечения космических лучей, на фоне которых невозможно было бы заметить распад протона.
Большой адронный коллайдер
Оба эксперимента начали работать в 1982-1983 годах. Учёные так увлеклись ТВО, что с уверенностью ждали скорого появления сигнала. В этом случае ТВО стала бы кульминацией десятилетия потрясающего развития и открытий в физике частиц – уже не говоря о следующей нобелевке для Глэшоу, и, возможно, ещё кое-кого.
К сожалению, в данном случае природа была не настолько добра. Ни одного сигнала не появилось ни за первый год, ни за второй, ни за третий. Простейшую и элегантную модель Глэшоу и Джорджи вскоре пришлось отвергнуть. Но лихорадка ТВО уже захватила учёных, и от неё было трудно отделаться. Были сделаны другие предложения по поводу теорий объединения, из-за которых распад протонов выходил бы за рамки текущих экспериментов.
23 февраля 1987 года случилось другое событие, снова продемонстрировавшее почти универсальный афоризм: каждое новое окно во Вселенную застаёт нас врасплох. В тот день группа астрономов на фотографических пластинках, накопленных за ночь, обнаружила ближайшую взорвавшуюся звезду (сверхновую) из всех, что мы видели за последние 400 лет. Эта звезда, находившаяся от нас на расстоянии в 160 000 световых лет, была в Большом Магеллановом Облаке – небольшой галактике, спутнике Млечного пути, которую можно видеть в южном полушарии.
Если наши теории о взрывающихся звёздах верны, большая часть испускаемой ими энергии должна принимать форму нейтрино, несмотря на то, что свет их взрыва – самый яркий из космических фейерверков (а взрываются они примерно по одной звезде в одной галактике за 100 лет). Грубые подсчёты показывали, что водные детекторы IMB и Камиоканде должны были засечь порядка 20 столкновений с нейтрино. А когда экспериментаторы этих детекторов изучили данные того дня, на IBM обнаружили 8 кандидатов на 10-секундном интервале, а на Камиоканде – 11. Для физики нейтрино это было просто море данных. Астрофизика нейтрино внезапно повзрослела. На этих 19 событиях, вероятно, были основаны 1900 научных работ различных физиков (в том числе и меня), понявших, что это событие открыло нам беспрецедентное окно в ядра взрывающихся звёзд, и в лабораторию не только для астрофизики, но и для физики нейтрино.
Подгоняемые идеей о том, что большие детекторы распада протонов могут одновременно стать и детекторами астрофизических нейтрино, несколько групп учёных начали строить новое поколение таких детекторов двойного назначения. Крупнейший вновь построили в шахте Камиока и окрестили Супер-Камиоканде – и не зря. Этот гигантский резервуар воды весом в 50 000 тонн, окружённый 11 800 фотоэлементами работал в действующей шахте, и при этом эксперимент проводился с лабораторной чистотой. Это было обязательно, поскольку с таким огромным детектором нужно было заботиться не только о внешних космических лучах, но и о внутренних радиоактивных загрязнениях, затмивших бы все полезные сигналы.
А в это время интерес к астрофизическим нейтрино тоже был на пике. Солнце испускает нейтрино в результате проходящих в его ядре ядерных реакций, и в течение 20 лет физик Рэй Дэйвис обнаруживал солнечные нейтрино, но при этом события случались в три раза реже, чем это предсказывали лучшие модели Солнца. В шахте города Садбери в Канаде был построен детектор солнечных нейтрино нового типа, названный Sudbury Neutrino Observatory (SNO).
К настоящему моменту Супер-Камиоканде почти беспрерывно отработал, иногда претерпевая различные усовершенствования, 20 лет. Никаких сигналов от распада протонов и никаких новых сверхновых с тех пор не наблюдалось. Однако точное наблюдение нейтрино вкупе с дополнительными наблюдениями на SNO однозначно подтвердили реальность дефицита солнечных нейтрино, открытого Рэем Дэйвисом. Было выяснено, что дефицит существует не из-за астрофизических явлений, происходящих в Солнце, а из-за свойств нейтрино. Стало ясно, что, по меньшей мере, один из трёх типов нейтрино не безмассовый. Поскольку в Стандартную модель массы нейтрино не входят, это было первое подтверждённое наблюдение того, что в природе работает некоторая новая физика, находящаяся за пределами Стандартной модели и Хиггса.
Нейтрино высокой энергии регулярно бомбардируют Землю после того, как протоны из космических лучей высокой энергии сталкиваются с атмосферой и производят широкий атмосферный ливень из вторичных субатомных частиц, где встречаются и эти нейтрино. Наблюдения за ними показали, что и у второго типа нейтрино есть масса. Она чуть больше первой, но гораздо меньше массы электрона. За это наблюдения команды из SNO и Камиоканде в 2015 году получили нобелевскую премию – за неделю до того, как я начал писать эту книгу. По сей день эти соблазнительные намёки на новую физику не объяснены при помощи имеющихся у нас теорий.
Отсутствие распада протонов было разочарованием, но не полной неожиданностью. С момента, когда ТВО была впервые предложена, ландшафт физики претерпел изменения. Более точные измерения величин трёх негравитационных взаимодействий, вместе с более сложными вычислениями изменения их величины с расстоянием, показали, что если в природе существуют только частицы из Стандартной модели, то силы трёх этих взаимодействий не объединятся на одной шкале. Для того, чтобы произошло Великое Объединение, должна будет существовать новая физика, находящаяся на энергетических масштабах, превосходящих всё, что мы наблюдали до сих пор. А присутствие новых частиц не только изменило бы энергетическую шкалу для объединения трёх взаимодействий, но и повысило бы шкалу для ТВО, тем самым уменьшив скорость распада протона – и увеличив их время жизни за пределы миллионов миллиардов миллиардов миллиардов лет.
Большой адронный коллайдер
Параллельно этим событиям теоретики активно использовали новые математические инструменты для исследования нового вероятного типа симметрии, которое стали называть суперсимметрией. Эта фундаментальная симметрия отличается от прочих известных до неё тем, что она связывает два разных типа частиц – фермионы (частицы с полуцелым спином) и бозоны (частицы с целым спином). А суть в том, что если такая симметрия наблюдается в природе, тогда для каждой известной в Стандартной модели частицы должна существовать хотя бы одна новая частица. Для каждого нового бозона должен существовать фермион. Для каждого фермиона – бозон.
Поскольку мы этих частиц не наблюдаем, эта симметрия не может проявляться на уровне мироздания, доступном нам, и, следовательно, должна нарушаться – а это означает, что новые частицы должны обладать массами достаточно крупными для того, чтобы их пока не обнаружили в существующих ускорителях.
Что же такого привлекательного в симметрии, которая внезапно удваивает количество частиц в природе, когда никаких свидетельств их существования нет? По большей части она соблазняет Великим Объединением. Поскольку если ТВО существует в масштабах масс на 15-16 порядков больших массы покоя протона, то это на 13 порядков больше масштабов, на которых нарушается электрослабая симметрия. Вопрос в том, как и почему в фундаментальных законах природы существует такой огромный разрыв масштабов. В частности, если Хиггс – реально последняя частица Стандартной модели, тогда возникает вопрос: почему энергетический масштаб нарушения симметрии Хиггса на 13 порядков меньше масштаба нарушения симметрии какого-то нового поля, которое разбивает симметрию ТВО на отдельные взаимодействия?
И проблема ещё хуже, чем кажется. Если рассматривать эффекты виртуальных частиц (возникающих и исчезающих так быстро, что их существование можно подтвердить лишь косвенно), включая частицы произвольно большой массы (такие, как калибровочные частицы предполагаемой ТВО), становится видно, что масса и масштаб нарушения симметрии Хиггса повышаются настолько, что приближаются к огромным масштабам ТВО. Отсюда появляется т.н. проблема естественности. Технически говоря неестественно существование огромной иерархии масштабов, от тех, на которых частица Хиггса нарушает электрослабую симметрию, и до тех, на которых симметрия ТВО нарушается новым скалярным полем, какое бы оно ни было.
Математический физик Эдварт Уиттен писал в своей знаковой работе от 1981 года, что у суперсимметрии есть особе свойство. Оно может уменьшить воздействие виртуальных частиц произвольно большой массы и энергии на свойства мира на тех масштабах, что доступны для наших наблюдений. Поскольку виртуальные фермионы и виртуальные бозоны одинаковой массы приводят к идентичным, не считая знака, квантовым поправкам, то если каждому бозону соответствует фермион такой же массы, тогда квантовые эффекты виртуальных частиц взаимно уничтожаются. А это значит, что воздействие виртуальных частиц произвольно большой массы и энергии на свойства мира на тех масштабах, что доступны для наших наблюдений, полностью исчезают.
Если же суперсимметрия сама по себе нарушается (как и должно быть, а иначе все суперсимметричные партнёры обычной материи имели бы ту же массу, что и обычные частицы, и мы бы давно их обнаружили), тогда квантовые поправки не уничтожаются. Они приводят к дополнениям к массам на масштабах, сравнимых с тем, на котором нарушается суперсимметрия. Если бы они были сравнимыми с масштабом нарушения электрослабой симметрии, это объяснило бы масштаб массы Хиггса.
Также это значит, что можно ожидать наблюдения кучи новых частиц – суперсимметричных партнёров обычной материи – на масштабах, которые сейчас зондирует БАК.
Это решило бы проблему естественности, поскольку это защитило бы массы бозона Хиггса от квантовых поправок, которые взвинтили бы их до энергетических масштабов ТВО. Суперсимметрия может позволить существовать «естественно» большой иерархии энергии и массы, разделяющей электрослабый масштаб и масштаб ТВО.
То, что суперсимметрия в принципе может решить проблему иерархии, увеличило её привлекательность для физиков. Теоретики начали исследовать реалистичные модели, включавшие нарушение суперсимметрии и другие последствия этой идеи. После этого «биржевая стоимость» суперсимметрии побила все рекорды. Поскольку, если включить возможность спонтанного нарушения суперсимметрии в подсчёты изменения трёх негравитационных взаимодействий в зависимости от расстояния, получается, что сила этих трёх взаимодействий естественным образом внезапно сходится к одной шкале малых расстояний. ТВО вернулась в строй!
У моделей с нарушающейся суперсимметрией есть ещё одна привлекательная черта. Задолго до открытия верхнего кварка было показано, что если верхний кварк тяжёлый, то через взаимодействие с другими суперсимметричными партнёрами он может способствовать квантовым поправкам к свойствам частицы Хиггса, которые приведут к изменению поля Хиггса. В случае, если Великое Объединение случается на гораздо большем масштабе энергий, то поле Хиггса должно формировать когерентный фон по всему пространству на том энергетическом уровне, на котором и проходят текущие измерения. Короче говоря, энергетический масштаб нарушения электрослабой симметрии может естественным образом наступать в теории, в которой ВО случается на гораздо более крупном масштабе. И когда верхний кварк открыли и установили, что он и в самом деле тяжёлый, это добавило привлекательности возможности того, что нарушение суперсимметрии отвечает за наблюдаемые энергетические масштабы слабого взаимодействия.
Но всему этому есть цена. Чтобы теория работала, должно существовать два бозона Хиггса, а не один. Более того, в таком ускорителе, как БАК, уже нужно было бы найти новые суперсимметричные частицы – он способен зондировать новую физику в районе электрослабых масштабов. И, наконец, то, что некоторое время казалось слишком строгим ограничением – самый лёгкий из Хиггсов не мог быть слишком тяжёлым, или этот механизм вообще не работал бы.
Поскольку поиски Хиггса продолжались без особых успехов, ускорители последовательно приближались всё ближе к теоретическому верхнему ограничению массы лёгкого Хиггса в суперсимметричных теориях. Это значение было порядка 135 масс протона, а детали уже зависели от конкретной модели. Если бы на этом масштабе Хиггса не нашли, это означало бы, что вся шумиха вокруг суперсимметрии так и осталась бы шумихой.
Но вышло по-другому. Хиггс, найденный на БАК, обладает массой в 125 раз больше протона. Возможно, что мы дойдём и до великого синтеза.
На сегодняшний момент ответ пока неясен. Признаки наличия новых суперсимметричных частиц, если они существуют, должны были быть так хорошо заметны на БАК, что некоторые физики думали, что шансы на открытие суперсимметрии были гораздо больше шансов найти Хиггса. Но всё пошло не так. После трёх лет работы БАК не видно никаких признаков суперсимметрии. Ситуация становится неудобной. Нижние ограничения, налагаемые на массы суперсимметричных партнёров обычной материи, всё время повышаются. Если они заберутся слишком высоко, то шкала нарушения суперсимметрии уже не будет близкой к электрослабой шкале, и многие привлекательные свойства нарушения суперсимметрии, позволяющие решить проблему иерархии, просто испарятся.
Но надежда остаётся, и БАК вновь включили, уже на более высокой энергии. Возможно, что суперсимметричные частицы скоро будут обнаружены.
Их обнаружение приведёт к ещё одному важному результату. Одна из крупнейших загадок космологии – природа тёмной материи, которая, кажется, доминирует во всех видимых нами галактиках. Её существует столько, что она не может состоять из тех же частиц, что и нормальная материя. Если бы она состояла из нормальных частиц, то, к примеру, предсказания об изобилии таких лёгких элементов, как гелий, полученных во время Большого взрыва, не согласовывались бы с наблюдениями. Поэтому физики достаточно уверены в том, что тёмная материя состоит из нового типа элементарных частиц. Но какого?
Легчайший суперсимметричный партнёр обычной материи в большинстве моделей полностью стабилен, а его свойства во многом похожи на нейтрино. Он бы слабо взаимодействовал и был электрически нейтрален, поэтому не поглощал бы и не испускал бы свет. Более того, подсчёты 30-летней давности, которыми занимался и я, показали, что остаточное изобилие легчайшей суперсимметричной частицы, оставшейся после Большого взрыва, естественным образом оказалось бы таким, что как раз соответствовало бы доминированию по массе тёмной материи в галактиках.
В этом случае у нашей галактики было бы гало из частиц тёмной материи, со свистом проносящихся сквозь её части, включая и ту комнату, в которой вы это читаете. Как многие из нас уже давно поняли, это означает, что можно разработать чувствительные подземные детекторы, похожие, хотя бы по сути, на существующие детекторы нейтрино, и зарегистрировать частицы тёмной материи напрямую. Десяток прекрасных экспериментов по всему свету пытаются сделать именно это. Но пока никто ничего не нашёл.
Поэтому мы сейчас живём либо в лучшие, либо в худшие времена. Идёт гонка между БАК и подземными детекторами тёмной материи за право первым открыть её природу. Если какая-то из групп объявит об её обнаружении, это возвестит открытие целого нового мира открытий, потенциально ведущего к пониманию самой ТВО. А если в ближайшие годы открытий не будет, можно будет исключить вариант суперсимметричного происхождения тёмной материи – и вообще всю идею суперсимметрии как решения проблемы иерархии. В этом случае придётся отправляться обратно к доске, однако, при отсутствии каких-нибудь сигналов с БАК у нас не будет понимания о том, в какую сторону нам двигаться для разработки новой модели природы.
Всё стало гораздо интереснее, когда на БАК обнаружили возможный сигнал, обещающий нам новую частицу в шесть раз тяжелее Хиггса. Характеристики этой частицы не соответствовали ожидаемым характеристикам ни одного из суперсимметричных партнёров обычной материи. Обычно при обработке большого массива данных самые соблазнительные намёки на сигналы исчезают, и через шесть месяцев после возникновения этого сигнала и обработки данных, он исчез. В ином случае он мог бы изменить всё наше представление о ТВО и электрослабой симметрии, намекнуть на существование нового фундаментального взаимодействия и на новый набор частиц, связанных с ним. Но, хотя он и привёл к появлению источающих надежду теоретических научных работ, природа решила по-своему.
Отсутствие чёткого экспериментального обнаружения или подтверждения суперсимметрии пока что не беспокоит одну группу физиков-теоретиков. Прекрасные математические аспекты сумерсимметрии в 1984 году вдохновили учёных на воскрешение идеи, дремавшей с 1960-х годов. Тогда Йоитиро Намбу с коллегами пробовали разобраться в сильном взаимодействии, представляя его как струноподобные сигналы, соединяющие кварки. И когда в квантовую теорию струн включили суперсимметрию, чтобы получить то, что стало известно под именем теории суперструн, начали появляться потрясающе красивые математические результаты. Среди них – возможность объединения не только трёх негравитационных взаимодействий, но вообще всех четырёх известных в природе сил в одну непротиворечивую теорию квантового поля.
Однако эта теория требует существования целого вороха дополнительных измерений пространства-времени, которых ещё пока никто не наблюдал. Кроме того, теория не делает никаких предсказаний, которые можно было бы проверить на текущем экспериментальном уровне. Кроме того, в последнее время она так сильно усложнилась, что теперь кажется, что сами струны уже не являются центральными динамическими переменными этой теории.
Но это не приглушило энтузиазм самых рьяных, преданных и чрезвычайно талантливых приверженцев теории суперструн, сейчас известной как М-теории, которые уже 30 лет продолжают работать над ней. Периодически появляются заявления о потрясающих успехах, но пока что у М-теории не хватает ключевого элемента, обеспечившего триумф такому научному предприятию, как Стандартная модель: возможности войти в контакт с миром, который мы можем измерить, разрешить необъяснимые другими методами загадки, и обеспечить фундаментальные объяснения того, почему наш мир таков, каков он есть. Это не значит, что М-теория ошибочна, но пока что она представляет собой лишь рассуждения, хотя и обладающие хорошим мотивом.
Если следовать уроки истории, становится видно, что большинство передовых физических теорий оказывались ложными. В ином случае любой бы мог заниматься теоретической физикой. Потребовалось несколько веков, а если принять во внимание науку древних греков, то и несколько тысячелетий, на метод проб и ошибок, приведший к появлению Стандартной модели.
И вот мы здесь. Ожидают ли нас в скором времени новые экспериментальные откровения, которые смогут подтвердить или опровергнуть величайшие рассуждения теоретической физики? Или же мы на краю пустыни, и природа не даст нам намёков на направления поисков ответов на тайны космоса? Мы выясним это, и в любом случае, нам придётся жить с новой реальностью.
Источник
