Уравнение Бога. В поисках теории всего

В настоящее время в качестве одного из ведущих кандидатов на роль темной материи выступают так называемые слабовзаимодействующие массивные частицы. Вероятным примером такой частицы является фотино – суперсимметричный партнер фотона. Фотино стабилен, обладает массой, невидимо и не имеет заряда, что точно соответствует характеристикам темной материи. Физики считают, что Земля движется в невидимом потоке темной материи, который, вероятно, пронизывает в данный момент ваше тело. При столкновении с протоном фотино способен вызвать распад протона на ливень элементарных частиц, которые можно зарегистрировать. Уже сегодня существуют громадные детекторы размером с бассейн (с огромным количеством жидкостей, содержащих ксенон и аргон), которые однажды, может быть, поймают вспышку, порожденную столкновением с участием фотино. Около двадцати групп занимаются активным поиском темной материи, часто глубоко под землей, в шахтах, подальше от мешающих столкновений с космическими лучами. Не исключено, что столкновение с участием темной материи удастся зарегистрировать нашими инструментами. Как только такое произойдет, физики начнут изучать свойства частиц темной материи, а затем сравнивать их с предсказанными свойствами фотино. Если окажется, что предсказания теории струн соответствуют экспериментальным результатам по темной материи, это станет серьезным аргументом в пользу того, что физики на верном пути.

Другая возможность – это получение фотино на ускорителях частиц следующего поколения, строительство которых сейчас обсуждается.

После БАКа

Японцы рассматривают возможность финансирования Международного линейного коллайдера, в котором пучок электронов будет выстреливаться вдоль прямой трубки и сталкиваться со встречным пучком антиэлектронов. При положительном решении установка должна быть построена за двенадцать лет. Преимущество подобного коллайдера в том, что в нем используются электроны, а не протоны. Протоны состоят из трех кварков, удерживаемых вместе глюонами, поэтому столкновения протонов всегда получаются очень «грязными» и порождают настоящий ливень лишних частиц. Электрон, напротив, представляет собой действительно элементарную частицу, так что столкновение его с антиэлектроном получается намного чище и требует намного меньше энергии. В результате при энергии всего лишь в 250 млрд эВ такие столкновения должны порождать бозоны Хиггса.

Китайцы выразили интерес к строительству Кругового электрон-позитронного коллайдера. Работы по его созданию должны начаться ориентировочно в 2022 г. и завершиться около 2030 г.; обойдется такой коллайдер в $5–6 млрд. В этом устройстве окружностью 100 км можно будет достичь энергии в 240 млрд эВ.

Физики в ЦЕРНе, стремясь не отстать от коллег, планируют создание преемника БАКа под названием Круговой коллайдер будущего. Со временем на нем предполагается получить энергию 100 трлн эВ. Его окружность составит тоже около 100 км.

Пока неясно, будут ли эти ускорители когда-нибудь построены, но все это означает, что есть надежда обнаружить темную материю на ускорителях следующего поколения после Большого адронного коллайдера. В случае обнаружения частиц темной материи их характеристики можно будет сравнить с предсказаниями теории струн.

Еще одно предсказание теории струн, которое, возможно, удастся проверить при помощи этих ускорителей, – это существование миниатюрных черных дыр. Поскольку теория струн – это теория всего, она включает в себя как гравитацию, так и элементарные частицы, так что физики ожидают найти в ускорителе крохотные черные дыры. (Эти миниатюрные черные дыры, в отличие от звездных, безобидны и обладают энергией крохотных элементарных частиц, а не умирающих звезд. В действительности Земля постоянно подвергается бомбардировке космическими лучами, гораздо более мощными, чем все, что способны выдать эти ускорители, причем без всякого вредного эффекта.)

Большой взрыв как ускоритель ядерных частиц

Еще есть надежда, что нам удастся использовать в исследованиях величайший ускоритель всех времен – сам Большой взрыв. Излучение Большого взрыва может дать ключ к разгадке тайны темной материи и темной энергии. Прежде всего эхо, или остаточное свечение Большого взрыва, легко детектируется. Наши спутники умеют регистрировать это излучение с огромной точностью.

Фотографии показывают, что фоновое микроволновое излучение замечательно гладкое и нарушается лишь мелкой рябью. Эта рябь, в свою очередь, отражает крохотные квантовые флуктуации, существовавшие в момент Большого взрыва и затем усиленные им.