Уродливая Вселенная. Как поиски красоты заводят физиков в тупик

Безуспешность попыток доказать существование суперпартнеров в Большом адронном коллайдере отразилась на настрое теоретиков. «Пока еще не время отчаиваться… но, вероятно, уже пора впасть в уныние»⁵⁴, – заметил итальянский физик Гвидо Альтарелли в 2011 году. Бен Алланах из Кембриджского университета описал свою реакцию на результаты анализа данных с Большого адронного коллайдера 2015 года так: «Несколько угнетающе для теоретика суперсимметрии вроде меня»⁵⁵. Джонатан Эллис, теоретик из ЦЕРН, отозвался о вероятном сценарии, по которому Большой адронный коллайдер не найдет ничего, кроме бозона Хиггса, как о «настоящей жуткой катастрофе»⁵⁶. Закрепилось, правда, название «кошмарный сценарий»⁵⁷. И сейчас мы этот кошмар проживаем.

Я не посещала эту ежегодную конференцию с 2006 года – слишком уж вгоняет в депрессию. Однако оттуда я знаю Кита Олива и его работу над суперсимметрией. Кит – профессор физики в Университете Миннесоты и директор Института теоретической физики имени Уильяма Файна. Я звоню ему, чтобы спросить, как он расценивает неявку SUSY на Большой адронный коллайдер.

«Мы получали данные небольшими порциями, – вспоминает Кит. – Границы все сужались и сужались. Каждые несколько месяцев, когда у нас появлялись результаты анализа новых данных, становилось чуточку хуже. Мы действительно ожидали SUSY на более низких энергиях. Это серьезная проблема. Что-то мне подсказывает, что суперсимметрия должна быть частью природы, хотя, как вы говорите, доказательств нет. Должна ли она проявляться на низких энергиях? Думаю, никто этого не знает. Мы думали, что она проявится».

Кит – представитель старшего поколения, предшествовавшего моему, поколения, которое засвидетельствовало успехи симметрии и объединения в разработке Стандартной модели. Но у меня подобного опыта нет, нет причины считать, что красота – хороший советчик. Не этот ли голос нашептывает Киту, что часть природы, а что нет? Я этому голосу не верю.

«Почему SUSY должна быть частью природы?»

«Все дело в силе ее симметрии, – объясняет Кит. – Думаю, она все еще очень убедительна. Независимо от того, достижима ли SUSY на низких энергиях, я продолжаю считать, что ее существование возможно. Если бы масса бозона Хиггса оказалась 115, 120 ГэВ, а SUSY не обнаружилась, было бы гораздо хуже. А то, что его масса близка к верхнему пределу, дает некоторую надежду. На самом деле все и должно быть непросто, поэтому в том, что Большой адронный коллайдер не видит SUSY, есть смысл».

Хиггсовский бозон после своего рождения быстро распадается, так что о его присутствии приходится судить по продуктам распада, достигающим детектора. Однако то, как распадается бозон Хиггса, зависит от его массы. Тяжелый бозон Хиггса, при условии, что он бы вообще родился, вызвал бы сигнал, который было бы легче обнаружить. Таким образом, даже прежде, чем Большой адронный коллайдер начал свой поиск, масса хиггсовского бозона уже была ограничена как снизу, так и сверху.

Большой адронный коллайдер в конце концов закрепил за бозоном Хиггса массу 125 ГэВ, точно на верхней границе диапазона, который пока еще не был исключен. Более тяжелый бозон Хиггса допускает существование более тяжелых суперпартнеров, поэтому, коль скоро речь идет о SUSY, чем тяжелее хиггсовский бозон, тем лучше. Но тот факт, что никаких суперпартнеров до сих пор не нашли, означает, что они должны быть настолько тяжелыми, что измеренной массы бозона Хиггса можно было бы достичь только за счет тонкой настройки параметров суперсимметричных моделей.

«Теперь мы знаем, что некоторая тонкая настройка есть, – говорит Кит. – И это само по себе превращает вопрос в крайне субъективный: насколько тонкая настройка плоха?»

* * *

Как мы уже обсуждали, физики не любят численных случайностей, которые требуют очень больших чисел. А поскольку величина, обратная очень большому числу, есть число очень маленькое, а значит, одно может быть преобразовано в другое, физики не любят и очень маленькие числа. В общем, они не жалуют числа, сильно отличающиеся от 1.

Однако беспокоятся физики только о величинах без единиц измерения – «безразмерных» величинах, в противоположность «размерным», имеющим единицы измерения. А все потому, что значения величин, имеющих размерность, по сути своей бессмысленны, ведь они зависят от выбора единиц измерения. Действительно, при помощи подходящих единиц измерения любую величину, имеющую размерность, можно сделать равной 1. Скажем, скорость света равна 1 в световых годах в год. Поэтому-то, когда физики волнуются о числах, тревогу у них вызывают лишь безразмерные величины, такие как отношение масс бозона Хиггса и электрона, которое оказывается примерно равным 250 000:1.