Уродливая Вселенная. Как поиски красоты заводят физиков в тупик

Однако все это может попросту означать, что разыскиваемая частица взаимодействует слабее, чем предполагалось. И запущены были новые эксперименты: ELEGANTS, CDMS, Rosebud, HDMS, GEDEOn, GENIUS, GERDA, ANAIS, CUORE, XELPLin, XENON 10 и XMASS. CRESST I обновили до CRESST II. CDMS модернизировали до SuperCDMS. ZEPLIN I усовершенствовали до II, а затем и до III. Во всех этих экспериментах были получены интересные ограничения. И новые детекторы с еще большей чувствительностью вступили в строй: CoGeNT, ORPHEUS, SIMPLE, PICASSO, MAJORANA, CDEX, PandaX и DRIFT. В 2013 году участники проекта XENON100 – проверяя вероятность взаимодействия, уже в 100 000 раз меньшую, чем предполагалось исходно, – сообщили, что нет «данных, свидетельствующих в пользу сигнала от темной материи»¹⁷¹. XENON100 недавно превратился в XENON1T. Строятся установки для новых экспериментов.

Минуло тридцать лет. Темная материя все еще не отловлена. Диапазон параметров, где имеет место WIMP-чудо, был между тем исключен[102].

Просто сидеть и надеяться

Но наука требует терпения, напоминаю я себе, и лезу в интернет в поисках свежего оптимизма и энергии. «Твиттер» подсказывает мне Кэтрин (Кэти) Мэк, больше известную как Астрокэти.

Астрокэти недавно стала в «Твиттере» знаменитостью, когда один ее остроумный ответ опубликовала у себя Джоан Роулинг. Я просматриваю ленту Кэти. Селфи с котом, фото с Брайаном Коксом, запись телевизионного интервью с ней и много-много ответов на вопросы по астрофизике. Когда вам необходимо обоснованное мнение о воде на Марсе или об актуальных проектах по поиску темной материи, вы можете рассчитывать на Астрокэти. Когда вы жаждете фактов о гравитационных волнах или об открытых за прошедшую неделю экзопланетах, стоит спросить Астрокэти. А когда вы ищете кого-нибудь, кто сможет открыто выступить на темы сексизма и домогательства в науке, Астрокэти и тут к вашим услугам: она привлекает внимание своей аудитории в «Твиттере» к малому числу представителей меньшинств и женщин в науке, о чем многие ученые предпочли бы забыть.

«Вот продвинутый ученый», – думаю я. И отправляю Кэти сообщение.

За публичным образом Кэти стоит профессиональный астрофизик и научный сотрудник с ученой степенью в Мельбурнском университете (Австралия). Когда мы разговариваем по «Скайпу», на Кэти куртка с логотипом НАСА, и я никогда не видела ничего круче. Я спрашиваю Кэти о ее области исследований и получаю емкий ответ: «Я работала над многими вещами, которыми темная материя, по всей видимости, не является».

«В чем привлекательность этой модели?» – задаю я следующий вопрос.

«В моей области модель интересна, если у нее есть следствия, которые мы можем обнаружить, – говорит Кэти. – Я подхожу к теориям с очень практической точки зрения. Мне интересны по-настоящему впечатляющие новые модели, но только если у них есть следствия, которые можно проверить».

«Работая над диссертацией, я занималась аксионами. Аксионы всегда были моей любимой моделью темной материи, поскольку они играют такую важную роль в стольких вещах. Они возникают из сильного ядерного взаимодействия и затем вписываются в космологию, а также в теорию струн. С точки зрения теории, думаю, аксионы – самые перспективные кандидаты на роль темной материи, потому что вам не приходится доставать их из ниоткуда, они возникают отовсюду, а это, мне кажется, лучше всего».

* * *

Аксионы – следующие по популярности после вимпов кандидаты на роль темной материи. Исходные аксионы, придуманные для решения проблемы с тонкой настройкой сильного взаимодействия (сильной CP-проблемы), были сброшены со счетов почти так же быстро, как предложены. Потом теорию подкорректировали так, чтобы аксион мог взаимодействовать только очень слабо. Иногда так прямо и называемую «невидимым аксионом», новую частицу трудно детектировать, и она служит неплохим кандидатом на роль темной материи.

Невидимые аксионы, если существуют, образовывались бы в ранней Вселенной. Они могут возникнуть в состояниях с крайне низкой энергией, а затем сформировать стабильный конденсат, пронизывающий Вселенную. Это могла бы быть темная материя, признаки присутствия которой мы наблюдаем. Но за аксионами не числится никакого чуда, и если вы хотите довести их плотность до плотности темной материи, то вам придется осуществить тонкую настройку их зарождения в ранней Вселенной[103]. Что делает их менее привлекательными, чем вимпы. Но специалисты по физике элементарных частиц все равно симпатизируют аксионам, потому что те придают красивый вид сильному ядерному взаимодействию.