На лужайке Эйнштейна

– Это не так. Масса покоя – это инвариант в специальной теории относительности, но в общей теории относительности она не определена. Для того чтобы ее определить, нам придется нарушить принцип общей ковариантности: мы должны будем определить координатную ось времени, а это приведет к выделенной системе отсчета. Масса определяется только относительно конкретной системы отсчета, и поскольку соотношение E = mc² связывает массу с энергией, то же самое касается и энергии. И масса и энергия зависят от системы отсчета наблюдателя.

Я вычеркнула их из списка.

– Импульс и угловой момент определяются через массу, так что они тоже становятся зависимыми от наблюдателя в рамках общей теории относительности.

– Даже в квантовой теории поля масса изменяется в зависимости от масштаба, – сказал отец. – В зависимости от разрешении, с которым она измеряется.

Я кивнула.

– Стандартная модель говорит, что все частицы в конечном счете безмассовые – масса возникает как следствие нарушения симметрии или структуры вакуума при низких энергиях или при взаимодействии с бозоном Хиггса. При достаточно высоких энергиях массы исчезают.

– Мы должны добавить бозон Хиггса в список?

– Я думаю, частицы/поля/вакуум включают его.

– Ладно, – сказал отец, переходя вниз к следующей позиции на салфетке. – А что насчет заряда? Зарядовая четность ведь нарушается в некоторых видах слабого ядерного распада?

– Да, – сказала я. – Она сохраняется, только когда мы используем ее одновременно вместе с пространственной четностью и отражением времени. Но CPT-инвариантность – это просто Лоренц-инвариантность. Лоренц-инвариантность сохраняет пространственно-временные интервалы. Так что нам нужно сохранить пространство-время в списке.

– Мы можем вычеркнуть спин, – сказал отец. – Суперсимметрия показывает, что то, что представляется как бозон в одной системе, выглядит как фермион в другой.

Это был хороший аргумент. Обычно легко отличить бозоны, переносчики взаимодействия, которые обладают целочисленным спином, и фермионы, или частицы материи, которые несут полуцелый спин: просто поверните частицу на 360 градусов, и если она будет выглядеть точно так же, как и до вращения, то это бозон. Если же амплитуда ее волновой функции окажется перевернутой и вы должны повернуть ее второй раз, в сумме на семьсот двадцать градусов, чтобы она выглядела точно так же, как вначале, то это фермион.

Чтобы превратить фермион в бозон и наоборот, необходимо некоторым способом преобразовать амплитуду его волновой функции. Вы можете это сделать, если добавите несколько дополнительных измерений. Не пространственных измерений, а математических. При вращении частицы в дополнительных измерениях положительная амплитуда станет отрицательной, а отрицательная амплитуда положительной[30], целый спин – полуцелым, и наоборот. В многомерном суперпространстве бозоны и фермионы идентичны. В обычном пространстве они – разные тени одного и того же куска картона, их различие зависит от системы отсчета, в которой они рассматриваются.

– Мы принимаем суперсимметрию? – спросила я.

Экспериментальных подтверждений суперсимметрии пока нет. Если бы реальность действительно была суперсимметричной, у каждого бозона был бы свой партнер-фермион, и наоборот. В каждой паре частицы-партнеры были бы идеальной копией друг друга, но только подчинялись бы противоположной статистике. Физики с нетерпением ждут начала охоты на такие суперсимметричные пары при помощи Большого адронного коллайдера около Женевы, но ускоритель еще не начал свою работу. Суперсимметрия остается теорией[31].

Отец пожал плечами:

– Есть веские теоретические основания в нее верить.

Это правда. Одно из них заключалось в том, что в суперсимметричном вакууме все фундаментальные взаимодействия могут быть объединены. Мы видим мир холодным, энергии частиц в нем низки, и сильное взаимодействие в 100 раз сильнее электромагнитного, а слабое – в 100 миллиардов раз слабее. Но при нагревании вакуума относительные силы взаимодействий начинают изменяться. Вакуум ослабляет хватку кварков – сильное взаимодействие ослабевает. В то же время электромагнитные и слабые силы крепнут. Продолжая нагрев, можно приблизить все три силы к одному и тому же значению. При температуре около 10¹⁶ миллиардов электрон-вольт электромагнитные и слабые силы сливаются в единое электрослабое взаимодействие, но сильное взаимодействие все еще остается немного более сильным. Но в рамках суперсимметичных моделей ситуация меняется, силы объединяются в одной точке, и все три взаимодействия оказываются проявлениями единой фиктивной суперсилы.

Это было не единственным теоретическим основанием. Суперсимметричные частицы не участвуют ни в электромагнитном, ни в сильном ядерном взаимодействии, но они взаимодействуют гравитационно. Как темная материя.

– Кроме того, нет никаких оснований надеяться, что экспериментаторы смогут обнаружить суперсимметричные частицы, – продолжал отец. – Для этого могут потребоваться значительно бо́льшие энергии, чем есть в их распоряжении в обозримом будущем.