Уродливая Вселенная. Как поиски красоты заводят физиков в тупик

«На самом деле SUSY – это история про лягушку в кипятке, – говорит Нима, вспоминая прошлое теории. – Ее должны были увидеть при первом запуске Большого электрон-позитронного коллайдера, еще в 1990 году. Многие из вовлеченных теоретиков, очень мною уважаемых, ожидали проявления суперсимметрии в том коллайдере. Я сам этого ожидал».

«Мы ее не увидели, – констатирует он. – Но люди восприняли это как возможность, а не как проблему. Они подумали: “Ладно, это подсказывает нам, что еще теория должна иметь особую структуру”. <…> В 1990-х то было вполне обоснованное предположение. Однако затем границы раздвинулись, а суперсимметрию мы так и не наблюдали. И в 1990-х же на Большом электрон-позитронном коллайдере константы взаимодействий были измерены достаточно точно, поэтому мы знали, что они не сойдутся в одну точку [в рамках Стандартной модели], а с SUSY – сойдутся».

* * *

В калибровочной теории самым важным параметром служит константа взаимодействия, которая определяет его силу. В Стандартной модели их три: две для электрослабого взаимодействия и одна для сильного. Эти константы инвариантны относительно преобразований пространства и времени, однако их значения зависят от разрешения процесса, в котором они измеряются. Это пример упоминавшегося выше потока в пространстве теорий.

Поскольку нам нужны высокие энергии, чтобы прощупать короткие расстояния, низкое разрешение соответствует низкой энергии, а высокое разрешение – высокой энергии. В физике высоких энергий, что, в общем-то, и не удивительно, о потоке в пространстве теорий чаще размышляют как об изменении энергии, а не разрешения. Тогда константы взаимодействий «бегут» с энергией, как говорят физики, и этот их бег можно вычислить.

Рис. 8. Экстраполяция (пунктирные линии) сил известных взаимодействий из измеренной области (сплошные линии) до высоких энергий. С суперсимметрией прямые сходятся в одной точке, при условии, что суперсимметричные частицы начнут проявляться в коллайдерах уже скоро (при энергиях вблизи серой вертикальной линии). Выше энергии объединения индивидуальные силы взаимодействий теряют смысл.

Если подобные расчеты выполнить для Стандартной модели, прямые согласуются с измерениями при энергиях, достижимых сегодня. При экстраполяции в область более высоких энергий силы взаимодействий сходятся попарно в трех разных точках (рис. 8, вверху). А вот если добавить суперсимметрию, то они сходятся в одной точке (в пределах погрешности измерений низкоэнергетических значений), соответствующей «объединению констант взаимодействий» (рис. 8, внизу). Если существует только одна фундаментальная калибровочная симметрия, значит, существует и единственная фундаментальная константа взаимодействия, следовательно, три разных константы должны в итоге совпасть. То, что суперсимметрия при высоких энергиях заставляет три константы слиться в одну, стало одним из сильнейших стимулов разрабатывать эту теорию. Необходимо ли объединение констант взаимодействий? Нет. Красиво ли оно? О да.

* * *

«Мне кажется, пик взбудораженности по поводу SUSY пришелся на 1991–1992 годы, – говорит Нима. – А с тех пор ажиотаж утихает. Когда суперсимметрия не проявилась при втором запуске Большого электрон-позитронного коллайдера, многие в нашей области говорили, что есть проблема, что мы уже должны были увидеть суперсимметрию. Если не существует никаких суперпартнеров, почему тогда работает объединение констант взаимодействий? А что насчет темной материи, почему она работает?»

«Ну, вообще-то мы не знаем, работает ли она», – замечаю я.

«Да-да, конечно», – соглашается Нима.

«Она дает нам кандидата?» – подсказываю я.

«О’кей, – говорит он, – почему кажется, будто она подсказывает нам кандидата? Почему она словно хотела бы работать?»

Я молчу. Трудно поверить, что все это лишь бессмысленное совпадение. SUSY так естественно продолжает поиски объединения, так красиво работает, так идеально вписывается – она просто не может быть самообольщением, культивируемым стадным мышлением физиков. Либо я идиот, либо тысяча человек с их премиями и наградами. Расклад не в мою пользу.

«Возвращаясь к вопросу, почему люди вообще до сих пор работают над суперсимметрией, – прерывает Нима молчание, – нужно сказать, что интерес к ней резко снизился. Конечно, есть еще те, кто над ней работает. У академической науки много хворей, и одна из них заключается в том, что ты продолжаешь заниматься тем, чем занимался. Каким-то образом оказывается, что все так или иначе занимаются аналитическим продолжением того, что делали для своей диссертации[54]. Хорошо, что экспериментаторам все равно».

«Но ведь нужно, чтобы теоретики говорили экспериментаторам, где искать?»

«Это верно», – кивает Нима.

Но я счастлива согласиться, что мы на верном пути. Все хорошо. Давайте вернемся к работе, построим следующий коллайдер, выясним, что не так с бозоном Хиггса. Нам не нужна помощь философов.