Лоуренс Краусс - Почему мы существуем? Величайшая из когда-либо рассказанных историй

Ответ в настоящее время… не слишком ясен. Сигнатуры новых суперсимметричных партнеров обычных частиц должны были быть настолько заметными на БАКе, что многие из нас считали, что у БАКа гораздо больше шансов открыть суперсимметрию, чем обнаружить бозон Хиггса. Но получилось не так. Сегодня, после трех лет работы БАКа, у нас по-прежнему нет никаких признаков частиц-суперпартнеров. Ситуация уже начинает выглядеть некомфортной. Нижнее ограничение на массы суперсимметричных партнеров обычного вещества поднимается все выше. Но если оно поднимется слишком высоко, то масштаб нарушения суперсимметрии уже не будет близок к электрослабому масштабу и многие привлекательные черты нарушения суперсимметрии как средства решения проблемы иерархии исчезнут.

Пока, однако, ситуация не безнадежна, а БАК вновь включен, на этот раз на более высоких энергиях. Может так случиться, что в какой-то год между написанием этих слов и десятым переизданием этой книги суперсимметричные частицы будут обнаружены.

Если действительно так и произойдет, это повлечет за собой еще одно важное следствие. Одна из крупнейших загадок космологии – природа скрытой массы, составляющей, судя по всему, большую часть массы всех наблюдаемых нами галактик. Как я уже упоминал, ее так много, что она просто не может состоять из тех же частиц, из которых состоит нормальное вещество. В противном случае расчеты, к примеру, обилия легких элементов, возникших в процессе Большого взрыва, таких как гелий, уже не сходились бы с данными наблюдений. Поэтому физики практически уверены, что «темная материя» состоит из элементарных частиц неизвестного типа. Но из каких именно?

Самый легкий суперсимметричный партнер обычного вещества в большинстве моделей абсолютно стабилен и обладает многими свойствами нейтрино. Он должен, по идее, слабо вступать во взаимодействие и быть электрически нейтральным, так что он не будет излучать или поглощать свет. Более того, расчеты, проведенные мной и другими физиками более тридцати лет назад, показали, что остаточное обилие легчайшей суперсимметричной частицы, оставшейся после Большого взрыва, естественным образом попадает в диапазон, позволяющий этой частице быть той самой темной материей, которая преобладает в массе галактик.

В этом случае наша Галактика должна иметь гало из частиц темной материи, пронизывающих ее во всех направлениях, в том числе пролетающих и через комнату, в которой вы сейчас это читаете. Как многие из нас поняли некоторое время назад, это означает, что если сконструировать чувствительные детекторы и поместить их под землю – аналогично, по крайней мере по духу, уже существующим под землей нейтринным детекторам, – то можно было бы непосредственно регистрировать эти частицы темной материи. В данный момент полдюжины красивых экспериментов по всему миру готовятся делать именно это. Пока, однако, ничего увидеть не удалось.

Так что, возможно, мы сегодня живем в лучшие – или в худшие – времена. Идет гонка между детекторами на БАКе и специальными подземными детекторами темной материи – кто сумеет первым раскрыть ее природу. Если любая из этих групп объявит об обнаружении частиц, это объявление станет сигналом о начале новой эпохи открытий, потенциально способных привести нас к пониманию самого Великого объединения. А если в ближайшие годы не будет сделано никакого открытия, то мы сможем исключить гипотезу о простом суперсимметричном происхождении темной материи, а затем исключить и саму гипотезу о суперсимметрии как решении проблемы иерархии. В этом случае нам придется вновь возвращаться к началу и создавать новые гипотезы – правда, если мы не получим с БАКа никаких новых сигналов, то не будем знать, в каком направлении двигаться, чтобы построить модель природы, которая в конечном итоге может оказаться верной.

Ситуация стала еще интереснее, когда БАК сообщил о заманчивом сигнале, говорящем, возможно, о новой частице примерно вшестеро тяжелее бозона Хиггса. Эта частица не обладала характеристиками, которые можно было бы ожидать от какого-нибудь суперсимметричного партнера обычного вещества. Обычно самые волнующие, выбивающиеся из ряда вон сигналы уходят, когда набирается больше данных, и где-то через полгода после первого появления этого сигнала, когда набралось больше данных, он исчез. Если бы этого не произошло, он мог бы полностью изменить наши представления о теориях Великого объединения и электрослабой симметрии, с появлением взамен нового фундаментального взаимодействия и нового набора частиц, чувствующих это взаимодействие. Но, хотя загадочный сигнал породил множество оптимистичных теоретических статей, природа, судя по всему, решила иначе.