Читати книгу - "Таємниці походження всесвіту"

помітні в даних, зібраних LHC, що багато хто з нас був переконаний, що LHC має значно більше шансів відкрити суперсиметрію, аніж бозон Хіггса. Сталося не так, як гадалося. Ситуація вже починає виглядати неприємно. Обмеження знизу, які тепер можна накладати на маси суперсиметричних партнерів звичайної матерії, стають дедалі вищими. Якщо вони стануть аж занадто високими, вийде, що масштаб порушення суперсиметрії не може бути близьким до електрослабкого масштабу, і з багатьма привабливими рисами порушення суперсиметрії в плані розв’язання проблеми калібрувальної ієрархії доведеться розпрощатися.

Проте ситуація ще не безнадійна, і LHC був запущений знову, цього разу з більшою енергією. Може статися, що впродовж року, який мине між написанням цих слів і виходом десятого накладу цієї книги, суперсиметричні частинки буде відкрито.

Якщо так, це матиме ще один важливий наслідок. Однією з найбільших таємниць космології є природа темної матерії, яка, наскільки можна судити, становить переважну частину маси всіх видимих галактик. Як я вже натякав вище, її настільки багато, що вона не може складатися з тих самих частинок, що й нормальна матерія. Якби це було не так, то, наприклад, передбачення щодо поширеності легких елементів на кшталт гелію, що утворилися внаслідок Великого вибуху, перестали б узгоджуватися зі спостереженнями. Тож фізики розважливо переконані, що темна матерія складається з нового типу елементарних частинок. Але що це за тип?

Ну, у багатьох теоріях найлегший суперсиметричний напарник звичайної матерії є абсолютно стабільним і має багато властивостей нейтрино. Він має бути слабко взаємодійним та електрично нейтральним, тож не поглинатиме й не випромінюватиме світла. Мало того, розрахунки, що їх провів я й інші понад тридцять років тому, показали, що нинішня залишкова поширеність найлегшої суперсиметричної частинки, яка залишилася після Великого вибуху, природно потрапляє в потрібний діапазон для того, щоб бути тією темною матерією, яка переважає в масі галактик.

У цьому випадку наша галактика повинна мати ореол частинок темної матерії, що ширяють крізь неї, зокрема й крізь кімнату, у якій ви читаєте ці рядки. Як деякі з нас нещодавно збагнули, це означає, що, якщо розробити чутливі детектори та помістити їх під землю аналогічно принаймні за духом до вже встановлених під землею детекторів нейтрино, можна легко виявити ці частинки темної матерії. Зараз саме цим зайняті півдюжини чудових експериментів у різних куточках світу. Утім, досі нічого зафіксовано не було.

Тож потенційно ми з вами живемо або в найкращий, або в найгірший із часів. Детектори LHC та підземні детектори безпосередньо темної матерії змагаються, хто перший розкриє природу темної матерії. Якщо якась із цих груп повідомить про виявлення сигналу, він стане провісником знаходження шляху до абсолютно нового світу відкриттів, які потенційно приведуть до розуміння власне Великого об’єднання. А якщо в найближчі роки жодних відкриттів зроблено не буде, у нас з’являться підстави відкинути ідею простого суперсиметричного походження темної матерії, а відтак відкинути й саму ідею суперсиметрії як розв’язання проблеми калібрувальної ієрархії. У цьому разі нам знову доведеться танцювати від пічки, щоправда, якщо з LHC не надійде жодних нових сигналів, у нас не буде жодних натяків на напрямок, у якому треба рухатися, щоб вивести модель природи, яка потенційно може виявитися правильною.

Усе стало значно цікавіше, коли LHC зафіксував інтрижний потенційний сигнал нової частинки, приблизно вшестеро важчої за бозон Хіггса. Ця частинка не мала властивостей, які можна було б очікувати від суперсиметричного напарника звичайної матерії. Як правило, після накопичення більшого обсягу даних найзахопливіші паразитні натяки на сигнали зникають, і десь через півроку після першої появи цього сигналу, після накопичення більшого обсягу даних, він зник. Якби він не зник, це могло б повністю змінити всі наші уявлення щодо теорій Великого об’єднання та електрослабкої симетрії й засвідчити існування нової фундаментальної сили та нового набору частинок, які цю силу відчувають. Але попри те, що на основі цього сигналу було написано багацько сповнених надії теоретичних статей, природа, схоже, обрала інший шлях.

Весь цей час одна група теоретичних фізиків не переймалася ані відсутністю чіткого експериментального дороговказу, ані підтвердженням суперсиметрії. 1984 року чудові математичні аспекти суперсиметрії спричинили відродження ідеї, яка перебувала в сплячці з 1960-х років, коли Намбу та інші намагалися зрозуміти сильну силу як теорію кварків, зв’язаних струноподібними збудженнями. Коли суперсиметрія стала частиною квантової теорії струн, утворивши те, що стало відоме як теорія суперструн, почали з’являтися деякі невимовно красиві математичні результати, зокрема можливість об’єднання не лише трьох негравітаційних сил, а всіх чотирьох відомих сил природи в єдину узгоджену квантову теорію поля.

Проте така теорія вимагає існування купи нових просторово-часових вимірів, жоден із яких наразі не спостерігали. Також вона не робить передбачень, які можна було б перевірити за допомогою зрозумілих сьогодні експериментів. А нещодавно ця теорія суттєво ускладнилась, і нині видається, що навіть самі струни можуть не бути її головними динамічними змінними.

Проте це аж ніяк не зменшувало ентузіазму основного ядра відданих та дуже обдарованих фізиків, які працювали над теорією суперструн, яка нині зветься М-теорією, упродовж тридцяти років від зеніту її слави в середині 1980-х років. Періодично з’являються оголошення про видатні успіхи, проте М-теорії досі бракує ключового елементу, який зробив Стандартну модель таким тріумфом науки, – здатності контактувати зі світом, який можна виміряти, розв’язати непоясненні головоломки та надати фундаментальні пояснення того, яким чином наш світ постав саме таким, яким він є. Це не означає, що М-теорія неправильна, проте на цьому етапі це радше спекуляції, хоча й доброзичливі та гарно вмотивовані.

Тут і зараз не час і не місце для огляду історії, проблем та успіхів теорії струн. Я описував усе це в інших працях, як і багато хто з моїх колег. Варто пам’ятати: якщо уроки історії хоч що-небудь засвідчують, так це що авангардні фізичні ідеї хибні. Якби це було не так, теоретичною фізикою міг би займатися будь-хто. Щоб дійти до Стандартної моделі, знадобилося кілька століть, а якщо за відправну точку брати науку давніх греків, то навіть кілька тисячоліть влучань і промахів.

Тож ось де ми є. Чи чекають нас за рогом нові надзвичайні експериментальні здогади, здатні підтвердити чи спростувати деякі з найграндіозніших гіпотез фізиків-теоретиків? Чи ми стоїмо на краю пустелі й далі природа більше не