Тайны открытий XX века

В феврале 2001 года сенсационная новость пришла из стен Брукхэйвенской лаборатории. Здесь ученые из США, России, Германии и Японии измеряли магнитный момент мюона. Эта элементарная частица, как и электрон, относится к семейству лептонов, но в 207 раз тяжелее электрона. Подобно электронам, мюоны ведут себя, словно крохотные стержневые магниты: при движении сквозь магнитное поле они покачиваются относительно направления поля. По частоте этого покачивания можно определить магнитный момент.

Свободный мюон постоянно окружен облаком «виртуальных» частиц — фотонов, электронов, позитронов. Все они возникают из ничего и через долю секунды исчезают. При взаимодействии их с мюоном его магнитный момент увеличивается. Это было известно давно. Данный феномен называют «спиновой аномалией мюона». Стандартная модель позволяла точно рассчитать величину этой аномалии.

Однако расчеты оказались опровергнуты опытом. В накопительном кольце удалось разогнать мюоны почти до световой скорости и пропустить их сквозь мощное магнитное поле, при этом ученые измерили магнитный момент мюонов с невиданной прежде точностью. Так вот, величина его оказалась на 0,0004 процента выше, чем в уравнениях Стандартной модели.

По мнению большинства специалистов, полученный результат можно трактовать по-разному. Возможно, результат исказили крохотные погрешности. Но, может быть, Стандартная модель имеет свои пределы и ее недостаточно для объяснения всех явлений в микромире. Что если, совершая обороты в ускорителе, мюоны окутались облаком виртуальных суперсимметричных частиц, и потому их магнитный момент увеличился?

Гипотеза о существовании неизвестных частиц, не вписывающихся в Стандартную модель физики, отвечает устремлениям теоретиков. Так, согласно теории струн и М-теории, наряду с известными нам элементарными частицами, имеется целый «зоопарк» других частиц.

Ядром новой физики может стать так называемая Суперсимметрия. Во-первых, ее принцип подразумевает наличие хиггс-бозонов, придающих элементарным частицам массу. Во-вторых, при наличии Суперсимметрии фундаментальные взаимодействия могут соединиться и образовать так называемую Сверхсилу, или Суперсилу. Произойдет это, правда, лишь при «энергии Планка» — энергии, которая в десятки миллионов миллиардов раз выше, чем максимальная энергия, достижимая в современных ускорителях.

Наконец, теория струн тоже требует, чтобы мир был суперсимметричен. Ведь, согласно ей, все материальные и силовые частицы суть колебания одних и тех же крохотных струн, а значит, в основе основ между этими типами частиц нет разницы: материальные частицы (фермионы) могут превращаться в силовые (бозоны) и наоборот.

В основе теории Суперсимметрии также лежит идея о фундаментальном родстве бозонов и фермионов. Лишь стремительное расширение Вселенной и ее охлаждение нарушили Великую Симметрию, царившую в мироздании в первые доли мгновения после Большого Взрыва.

Следовательно, делают вывод теоретики, у каждой материальной частицы есть свой суперсимметричный двойник — некая силовая частица, и, соответственно, у каждой силовой частицы есть суперсимметричный материальный двойник. Это значит, что во Вселенной должно быть, по крайней мере, вдвое больше разновидностей частиц, чем известно исследователям.

Как отмечают специалисты, эта гипотеза позволяет избавиться от одного из минусов Стандартной модели — от невыполнения законов симметрии, предписываемых ею природе. С учетом суперсимметричных частиц (суперчастиц) эти законы выполняются.

Данные частицы еще предстоит открыть. Однако ученые уже давно раздают им имена. К суперсимметричным частицам, соответствующим фермионам, добавляют предлог «с», а к суперсимметричным напарникам бозонов — суффикс «ино». Так, в пару к электрону подобрали сэлектрон, в пару к мюону — смюон, кварки дополнили скварками, нейтрино — снейтрино, суперсимметричный фотон назвали «фотино», ну а двойником еще не открытого хиггс-бозона стал хиггсино.

В лаборатории CERN готовятся к поискам хиггс-бозонов и суперсимметричных частиц. В 2007 году в физике грядет новая эпоха открытий?

По одной из моделей — Минимальной суперсимметричной стандартной модели элементарных частиц — наименьшая масса снейтрино может составлять около 50 гигаэлектронвольт, в то время как масса сфермионов превышает 1000 гигаэлектронвольт.

Результаты эксперимента с мюонами, проведенного в Брукхэйвене, могли бы стать первым фактом, подтверждающим, что эти таинственные частицы существуют. Именно присутствие суперсимметричных частиц объясняет, почему величина магнитного момента мюона оказалась именно такой. Если мюон взаимодействует с суперчастицами, всеми этими слептонами и сэлектронами, то его магнитные свойства обязательно будут отличаться от тех, что были бы у него, взаимодействуй он только с обычными частицами.