Суперсимметрия под ударом: коллайдер не видит двойников частиц

Первые данные с Большого адронного коллайдера не показали ожидаемых следов суперсимметрии. Физик Томмазо Дориго предупреждает: если сигнал не появится, одну из самых красивых гипотез ждёт кризис.

«Изменить человека — это никому не под силу», — заметила однажды Агата Кристи. Похоже, то же самое можно сказать и о фундаментальных законах мироздания: первые же данные с Большого адронного коллайдера заставляют физиков нервничать, ставя под сомнение одну из самых красивых гипотез современной науки — теорию суперсимметрии.

Суперсимметрия: двойники элементарных частиц

Теория суперсимметрии — не просто абстрактная фантазия, а один из наиболее вероятных вариантов расширения Стандартной модели, главной теории физики элементарных частиц. Её суть изящна и дерзка: у каждой известной нам частицы есть «суперпартнёр» — двойник, рождённый в момент Большого взрыва. Со временем эти суперсимметричные частицы стали гораздо тяжелее обычного вещества и распались. Именно их остатки, как полагают, и образовали загадочную тёмную материю, которая, по расчётам, составляет большую часть массы Вселенной. Существуют и альтернативные взгляды: например, гипотеза, что тёмная материя — это «трещины» пространства-времени, а не частицы.

Помимо объяснения тёмной материи, суперсимметрия обещает решить ещё одну фундаментальную задачу: объединить в единую модель слабое и сильное ядерные взаимодействия. Это шаг к великой цели физиков — «теории всего».

Охота на нейтралино в коллайдере

Большой адронный коллайдер (БАК) с его рекордными энергиями столкновений протонов должен был стать идеальным инструментом для поимки неуловимых суперпартнёров. Логика эксперимента проста: если в момент столкновения рождаются, скажем, «двойники» кварков или глюонов, они почти мгновенно превращаются в обычные частицы, но при этом выделяют стабильные нейтралино — гипотетически именно из них состоит тёмное вещество. Нейтралино уносят часть энергии, и детекторы фиксируют характерный «недостаток» — сигнал, которого не может быть без суперсимметрии. Подобные поиски новых частиц ведутся и в других экспериментах: например, коллайдер выдал лишние частицы — и это не Хиггс, что тоже указывает на возможные отклонения от Стандартной модели.

Увы, пока таких сигналов недостаточно. На прошедшей научной конференции прозвучали осторожные формулировки: на теорию накладываются определённые ограничения. Поиски продолжаются, в том числе с помощью детектора ATLAS, который пытается поймать момент рождения мюонов и электронов — но таких событий ещё меньше, и статистика пока не в пользу гипотезы.

Кризис на пороге?

Официальная позиция научного сообщества сдержанна: сложнейшая структура суперсимметрии допускает множество сценариев, и говорить о её несостоятельности рано. Однако голоса скептиков звучат всё громче. Итальянский физик Томмазо Дориго (Tommaso Dorigo) считает, что пора забеспокоиться. Согласно базовым ожиданиям, нарушение суперсимметрии должно происходить при энергиях около 250 гигаэлектронвольт. Но результаты БАК указывают: если она и существует, то на гораздо более высоких энергиях, куда коллайдер пока не дотягивается.

Дориго предупреждает: в ближайшее время физика может столкнуться с настоящим кризисом. Данные слишком сложны и противоречивы, а стройная картина мира, которую рисовали теоретики десятилетиями, начинает трещать по швам. И если суперсимметрия не подтвердится, придётся признать: изменить наши представления о Вселенной — это никому не под силу, кроме самой природы, которая, похоже, не спешит раскрывать свои секреты.

Пока же учёные продолжают всматриваться в следы столкновений, надеясь уловить тень нейтралино. Возможно, ответ уже где-то в накопленных данных — или потребуется новый, ещё более мощный инструмент, чтобы заглянуть за горизонт известной физики.