Нобелівська премія з фізики за 2013 рік присуджено Франсуа Енглером (François Englert) і Пітеру Хіггса (Peter Higgs) за роботу за поясненням того, чому елементарні частинки знаходять масу. Ці вчені передбачили існування елементарної частинки бозон Хіггса, що було підтверджено в минулому році в ході експериментів на Великому адронному колайдері (ВАК) в ЦЕРНі (Європейський центр ядерних досліджень).
Але за сьогоднішніми урочистостями ховається зростаюча стурбованість в рядах фізиків. Відкриття бозона Хіггса - це безсумнівний тріумф, однак, багато хто відзначає, що воно нітрохи не наблизило нас до відповідей на самі тривожні і непрості питання фундаментальної науки.
Один відомий фізик навіть заявив мені, що його «абсолютно не порадувало відкриття бозона Хіггса». Досить нетипова реакція, однак, це відкриття загрожує закрити цілий розділ у фізиці 20-го століття, не давши при цьому навіть натяку на те, як приступити до написання наступної.
До липня минулого року, коли працювали на Великому адронному колайдері фізики оголосили про своє відкриття, бозон Хіггса залишався останнім відсутньою ланкою Стандартної моделі у фізиці елементарних частинок, яка з вражаючою точністю описує всі частинки, що становлять наш світ. Стандартна модель блискуче витримала всі випробування і експерименти, яким її піддавали, і тим не менш, в ній залишаються деякі викликають велике збентеження діри.
За даними астрономічних вимірів, описана Стандартною моделлю матерія, з якої складаються зірки, планети, та й ми самі, врешті-решт, є лише мізерно малою частиною всесвіту. Ми як тонкий шар піни, плаваючою на поверхні невидимого океану темної матерії і темної енергії, про які нам майже нічого не відомо.
Читайте також: 5 питань до бозона Хіггса
Ще гірше те, що згідно зі Стандартною моделлю, ми взагалі не повинні існувати. Теорія говорить про те, що після Великого вибуху рівні кількості матерії і антиматерії повинні були знищити один одного, створивши у всесвіті абсолютну порожнечу.
У зв'язку з цим виникають солідні наукові підстави для сумнівів в тому, що Стандартна модель - це кінець історії, коли мова йде про закони фізики. Але є й інший, естетичний принцип, що змушує багатьох фізиків сумніватися в повноті цієї моделі. Це принцип «природності».

Стандартну модель вважають дуже «неприродною» теорією. У ній велика кількість різних часток і сил, багато хто з яких здаються зайвими, і крім того, в цій моделі дуже ненадійний баланс. Якщо хоча б трохи змінити будь-яку з 20 з невеликим цифр, що складають цю теорію, то ми відразу виявимо, що живемо у всесвіті без атомів. Настільки примарна настройка рівноваги турбує багатьох фізиків, і у них виникає враження, що всесвіт була організована саме таким чином, щоб в ній могло існувати життя.
Бозон Хіггса дає нам один з найгірших випадків такої неприродної точної настройки. Несподіваним відкриттям 20-го століття стало те, що порожній простір насправді аж ніяк не пусте. Насправді вакуум являє собою киплячий суп з невидимих ​​«віртуальних» частинок, які то з'являються, то зникають.
Згідно із загальноприйнятою точкою зору, коли бозон Хіггса проходить через вакуум, він взаємодіє з цим супом з віртуальних частинок, і така взаємодія збільшує його масу до абсолютно неймовірних значень. Вона може стати в сотні мільйонів мільярдів разів більша за ту, що була виміряна на Великому адронному колайдері.
Теоретики спробували приборкати неслухняну масу бозона Хіггса, запропонувавши розширити Стандартну модель. Найпопулярнішим стала теза про «суперсиметрії», яким вводиться поняття частинок-суперпартнерів звичайних частинок, набагато важчих в порівнянні зі звичайними частинками Стандартної моделі. Ці суперчастіци зводять нанівець ефект віртуальних частинок у вакуумі, зменшуючи масу бозона Хіггса до розумних значень і усуваючи необхідність якої б то не було неприємною точної настройки.
Також по темі: Кротячі нори можуть врятувати фізику від кошмару чорних дір
У гіпотези суперсиметрії є й інші риси, які зробили її популярною серед фізиків. Мабуть, найпривабливіше в ній те, що одна з суперчастіц дає витончене пояснення таємничої темної матерії, яка становить майже четверту частину всесвіту.
Хоча відкриття бозона Хіггса висувалося в якості головного аргументу на користь будівництва Великого адронного коллайдера завдовжки 27 кілометрів, більшість фізиків насправді чекали від нього чогось нового. Сам Хіггс сказав в минулому році незабаром після відкриття бозона: «Бозон Хіггса - це ще не найцікавіше, що шукає БАК».
Але поки коллайдер нічого не знайшов.
Якщо суперсиметрія - це дійсно головна причина малої маси бозона Хіггса, то суперчастіци повинні з'являтися на такому енергетичному рівні, який набагато вище рівня виявлення бозона на Великому адронному колайдері. Те, що він нічого не виявив, вже призвело до виключення багатьох популярних форм суперсиметрії.
З цієї причини деякі теоретики повністю відмовилися від принципу природності. В одній щодо нової моделі, відомої під назвою «розщеплена суперсиметрія», визнається точна настройка в масі бозона Хіггса, але заперечуються інші властивості суперсиметрії, такі як частка темної матерії.

Це може здатися несуттєвим відмінністю, проте наслідки для природи нашого всесвіту тут величезні. Суть аргументації зводиться до того, що ми живемо в точно налаштованої і вивіреної всесвіту, тому що вона одна з нескінченної кількості інших, дуже різних всесвітів, у кожної з яких свої фізичні закони. Фундаментальні константи природи є такими, тому що якби вони розрізнялися, то атоми не змогли б сформуватися - а отже, не було б і нас з нашими питаннями.
Читайте також: Премія за створення технологій, які справили «революцію» в атомній фізиці
Цей відноситься до людини і до людства аргумент частково викликана розвитком теорії струн, яка може бути «теорією всього». Вона передбачає існування величезної кількості (приблизно 10500) різних всесвітів з різними законами фізики. (Така велика кількість всесвітів часто дає привід для критики теорії струн, яку часом глузливо називають «теорією всього іншого», оскільки ніхто поки не знайшов рішення, відповідного тій всесвіту, в якій живемо ми.) Проте, якщо модель розщепленої суперсиметрії відповідає дійсності , то відсутність новин з ВАК може побічно свідчити про існування тієї самої мультивселенной, про яку говорить теорія струн.
Все це не віщує нічого доброго Великому адронному колайдеру. Якщо битва за природність програна, то немає ніяких підстав для появи в найближчі роки нових частинок. Деякі фізики наполягають на будівництві нового коллайдера, який повинен бути в чотири рази довше і в сім разів могутніше, ніж чинний.
За допомогою цього коллайдера-монстра дане питання можна буде вирішити раз і назавжди. Але важко собі уявити, як можна отримати зелене світло на його будівництво, особливо якщо ВАК так і не знайде нічого, крім бозона Хіггса.
Отже, ми опинилися на важливому роздоріжжі у фізиці елементарних частинок. Можливо, коли ВАК у 2015 році знову запрацює, він відкриє нові частинки, принцип природності збереже своє існування, а фізики збережуть свою роботу. Підстави для оптимізму є. Зрештою, ми знаємо, що повинно існувати щось нове, що пояснює темну матерію, і є чимало шансів на те, що ВАК це щось знайде.
Але раптом ВАК нічого не знайде? Тоді бозон Хіггса може стати лебединою піснею фізики елементарних частинок, останній часткою з епохи прискорювачів. Це дуже тривожна перспектива для експериментаторів, але такий результат може привести до колосальних змін в наших уявленнях про всесвіт і про наше місце в ній.

Матеріали ИноСМИ містять оцінки виключно зарубіжних ЗМІ і не відображають позицію редакції ИноСМИ.