Иэн Сэмпл - В поисках частицы Бога, или Охота на бозон Хиггса

Теория суперсимметрии развязывает и другой узел, завязанный в Стандартной модели. Физики считают, что сразу после Большого взрыва все силы природы, с которыми мы сталкиваемся сегодня, были объединены в одну Суперсилу. Когда температура Вселенной уменьшилась примерно до 10 15градусов, включилось поле Хиггса и разделило электромагнитные и слабые взаимодействия. Но сильное взаимодействие, которое удерживает кварки вместе внутри протонов и нейтронов, отделилось еще раньше, когда космический термометр показал 10 28градусов. В этом и заключается проблема. Ученые считают, что, если повернуть время вспять, к моменту возникновения Вселенной, различные взаимодействия должны в конечном итоге встретиться и объединиться в одно, но в рамках Стандартной модели этого не произойдет. Они подойдут близко, но никогда не сольются. В теории суперсимметрии этой неувязки нет — все силы сходятся в одной точке. Что еще больше вдохновляет физиков, так это то, что теория суперсимметрии указывает путь к объединению этих сил с гравитацией, которая полностью игнорируется в Стандартной модели.

Существует также вероятность того, что суперсимметрия даст ученым возможность разгадать одну из самых трудных головоломок, с которыми они когда-либо сталкивались. Действительно, как-то обескураживает, что сегодня, в XXI веке, мы не можем объяснить, из чего состоит 96 процентов видимой Вселенной. Наблюдения наших космических окрестностей привели ученых к выводу, что до 70 процентов всего, что там есть, связано с темной энергией — таинственной движущей силой, расширяющей Вселенную. Никто не знает, что такое темная энергия, и раскрытие этой тайны— основная цель физики. Стандартная модель описывает только 4 процента всей материи, которые мы можем увидеть в пространстве. Остальное — темная материя. Название это ничего не разъясняет. Темная материя не светит и не испускает тепло, поэтому мы не можем изучить ее строение, анализируя исходящие от нее излучения. Многие теоретики считают, что темная материя состоит из суперсимметричных частиц, называемых нейтралино, — самого легкого вида частиц, предсказываемых теорией.

Однако не все являются адептами теории суперсимметрии. Критики задают сторонникам теории простой вопрос. Если Вселенная является суперсимметричной, где все суперсимметричные частицы? Почему до сих пор не обнаружены селектрон, фотино или вино? Обычно отвечают, что в реальном мире суперсимметрия нарушается, и это делает частицы-суперпартнеры очень тяжелыми. Подобные доводы не так нелепы, как кажутся на первый взгляд. Хиггсовские поля нарушают симметрию, в основе электрослабого взаимодействия, в результате чего массы W - и Z -бозонов растут, а фотон остается без массы. Суперсимметрия могла бы быть нарушена аналогичным образом, сделав суперчастицы тяжелее, чем частицы обычной материи.

В лаборатории Ферми Конвей искал частицы Хиггса того типа, который описывается в так называемой минимальной суперсимметричной Стандартной модели (МССМ, суперсимметричном расширении Стандартной модели). Согласно этой теории, существует в общей сложности пять частиц Хиггса, и все они имеют различные веса и суперсимметричных партнеров. Три из них являются нейтральными, а две — заряженными.

Закончив свой доклад в Аспене, Конвей решил покататься на лыжах в сверкающих белоснежных горах, благодаря которым этот город считается одним из самых красивых горнолыжных курортов в мире. На склонах он встретился с Грэгом Ландсбергом, физиком из Университета Браун в Род-Айленде. Ландсберг работал в Фермилабе на детекторе DZero , расположенном на “Теватроне” напротив детектора CDF . Он сказал Конвею, что команда DZero собирается объявить о некоторых новых результатах, которые ему могут быть интересны.

Этот разговор не выходил у Конвея из головы всю оставшуюся часть дня. А вдруг на DZero тоже засекли след бозона Хиггса? Однако в тот вечер Ландсберг развеял его надежды. На детекторе DZero ничего, напоминающего бозон Хиггса, не увидели. Там, где команда Конвея на CDF зафиксировала на графике пик, у команды DZero наблюдался провал. Вероятность того, что хиггсовская частица находится в этом диапазоне, упала почти до нуля.

Делать было нечего, оставалось только ждать. Команде Конвея было необходимо проанализировать большее число столкновений. Если бы этот пик был вызван частицей Хиггса, он вырос бы с течением времени. Если нет, то стал бы уменьшаться и в конечном итоге исчез бы. Команда решила записывать как можно больше столкновений в течение полугода и еще раз взглянуть на результат в конце лета. До этого времени вопрос повис в воздухе.