Сабина Хоссенфельдер - Уродливая Вселенная [Как поиски красоты заводят физиков в тупик]

Мы разговариваем уже несколько часов, но энергия Нимы кажется неисчерпаемой, почти неестественной. Слова спотыкаются друг о друга, потому что не успевают достаточно быстро вылетать из его рта. Нима раскачивается на стуле, вертится, иногда подскакивает и быстро пишет что-то на доске. Чем дольше я за ним наблюдаю, тем старее себя чувствую.

«Особенно раздражает, когда депрессивные ощущения этих людей сказываются на наших последующих шагах, – досадует Нима. – Это просто нелепо! Очень важно узнать, истинна естественность или нет».

Излишне говорить, что специалисты по физике элементарных частиц уже ратуют за строительство нового коллайдера. Китайский круговой коллайдер, создание которого Нима горячо одобряет, будет достигать энергии столкновений примерно в 100 ТэВ, но это не единственный обсуждаемый сегодня проект 68. Другое благосклонно воспринятое предложение – Международный линейный коллайдер, в строительстве которого выразили заинтересованность японцы. А у ЦЕРН в планах построить суперколлайдер с длиной окружности 100 километров, что позволит достичь энергий, сравнимых с энергиями, заявленными в китайском проекте. Может, тогда мы наконец обнаружим суперсимметрию.

«На самом деле SUSY – это история про лягушку в кипятке, – говорит Нима, вспоминая прошлое теории. – Ее должны были увидеть при первом запуске Большого электрон-позитронного коллайдера, еще в 1990 году. Многие из вовлеченных теоретиков, очень мною уважаемых, ожидали проявления суперсимметрии в том коллайдере. Я сам этого ожидал».

«Мы ее не увидели, – констатирует он. – Но люди восприняли это как возможность, а не как проблему. Они подумали: “Ладно, это подсказывает нам, что еще теория должна иметь особую структуру”. <���…> В 1990-х то было вполне обоснованное предположение. Однако затем границы раздвинулись, а суперсимметрию мы так и не наблюдали. И в 1990-х же на Большом электрон-позитронном коллайдере константы взаимодействий были измерены достаточно точно, поэтому мы знали, что они не сойдутся в одну точку [в рамках Стандартной модели], а с SUSY – сойдутся».

В калибровочной теории самым важным параметром служит константа взаимодействия, которая определяет его силу. В Стандартной модели их три: две для электрослабого взаимодействия и одна для сильного. Эти константы инвариантны относительно преобразований пространства и времени, однако их значения зависят от разрешения процесса, в котором они измеряются. Это пример упоминавшегося выше потока в пространстве теорий.

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?»