Тончайшее несовершенство, что порождает всё. Долгий путь частице Бога и Новая физика, которая изменит мир - Гвидо Тонелли

исключением: нейтралино или каких‑то других нейтральных, стабильных и очень массивных частиц, участвующих только в слабых и гравитационных взаимодействиях. Возможно, именно из них и состоит темная материя. Отсутствие частиц суперматерии вокруг нас можно было бы объяснить тем, что суперсимметричные партнеры значительно более массивны, чем известные нам частицы. Но насколько именно они более массивны, нам знать не дано. Может быть, их масса – сотни ГэВ, а может быть, и несколько ТэВ или даже десятков ТэВ.

Если Сьюзи верна, то у нас уже есть по крайней мере один естественный кандидат в частицы темной материи – нейтралино. Но не только: присутствие суперсимметрии могло бы, по‑видимому, объединить все взаимодействия (кроме гравитации) в одну единую суперсилу, которая преобладала на ранних стадиях развития Вселенной, еще до конденсации хиггсовского поля. Нечего и говорить, что это было бы совершенно новое видение Вселенной.

Помимо прочего, Сьюзи предполагает, что у нас должно быть больше типов бозона Хиггса, которые, соответственно, образовывали бы целое семейство. Масса его самого легкого участника не должна превосходить 130 ГэВ, то есть он должен быть похож на бозон Хиггса в Стандартной модели – на тот, что мы наблюдали на LHC. Это наше открытие, кроме прочего, исключило те суперсимметричные модели, которые предполагают существование более легкого бозона Хиггса, с массой между 100 и 120 ГэВ. Многие из тех, где предполагалась масса около 125 ГэВ, выжили. Но чтобы доказать, что наблюдавшийся нами бозон – это в действительности супер-Хиггс, надо обнаружить либо кого‑то из его братьев в этом семействе, либо какие‑то аномалии в его взаимодействии с другими частицами.

С точки зрения квантовой теории, легкая скалярная частица вроде открытого нами бозона Хиггса – объект очень странный. Поскольку он предпочтительно взаимодействует с более тяжелыми частицами, у него привилегированная связь с топ-кварком. Так что мы можем представить его себе окутанным облаком топ-кварков, что должно, в теории, существенно отразиться на его массе. Выражаясь более точно, радиационные квантовые поправки к массе бозона неконтролируемым образом утяжеляют его до абсурдных значений, сильно превосходящих измеренные нами 125 ГэВ. Если же этого не происходит, то либо есть какой‑то неизвестный механизм, работающий ad hoc на то, чтобы защитить бозон от радиационных поправок, либо же для каждой поправки, утяжеляющей его, есть другая поправка, облегчающая его в той же самой пропорции. Эта вторая версия подтвердится, если окажется, что Сьюзи верна. У радиационных квантовых поправок к массе бозона Хиггса противоположные знаки для фермионов и бозонов, и поэтому для каждого положительного слагаемого, связанного с топ-кварком, должно быть и отрицательное, связанное с его суперпартнером, стоп-скварком. Тут стоит добавить, что в то время как постоянно окружающее бозон Хиггса облако частиц увеличивает его массу, облако их суперпартнеров, счастиц, уменьшает ее, и оба эти явления в точности компенсируют друг друга, так что масса бозона остается неизменной.

Резюмируя сказанное, можно утверждать, что присутствие суперсимметричных частиц представляло бы естественное объяснение, почему бозон Хиггса такой легкий, – и Сьюзи сохраняет свое очарование в том числе и по этой причине. Однако если этот гениальный механизм может работать, то и масса стоп-скварка не должна сильно отличаться от массы топ-кварка, равной примерно 173 ГэВ. И вот тут скрывается проблема: если стоп-скварки так легки, мы должны были бы видеть их в изрядных количествах. Но все предпринятые до сих пор попытки не дали никаких результатов, и мы теперь знаем, что если стоп-скварк и существует, его масса никак не может быть меньше 400–500 ГэВ.

И вообще – Сьюзи представляется чудотворной теорией, способной в одно касание решить любую из фундаментальных проблем современной физики (темная материя, великое объединение, загадка легкого бозона Хиггса), но и у нее есть слабое место: никому все еще не удалось найти ни одной из многочисленных частиц, предсказываемых этой теорией. При каждой попытке мы всего лишь получаем новый нижний предел для массы предполагаемой суперсимметричной частицы.

Если Сьюзи справедлива, то ее частицы должны быть очень тяжелыми, и, ввиду того, что нет никаких их следов, многие начинают думать, будто пора уже отказаться от исходного допущения. Но нет, пока это делать рано, и прежде всего потому, что в ближайшие годы у нас появится возможность систематически исследовать обширнейший диапазон энергий, в котором может скрываться множество сюрпризов.

Вот почему с открытием бозона Хиггса стали возникать все новые и новые области исследований.

С одной стороны, продолжается непосредственная охота за суперсимметричными частицами. Из-за возрастания рабочей энергии LHC, достигшей к 2015 году 13 ТэВ, есть шанс получить более массивные частицы, ускользавшие от исследователей при энергиях в 7–8 ТэВ. Теперь добавилось дополнительное ограничение, связанное с присутствием того самого объекта массой в 125 ГэВ. Мы уже знаем, что если не найдется стоп-скварков легче 2 ТэВ, то описанный выше механизм компенсаций, который казался таким элегантным и который позволял поддерживать Сьюзи ее sex appeal[49], ничем более оправдать будет нельзя и Сьюзи (или, во всяком случае, ее наиболее известный вариант) окажется в серьезном кризисе.

С другой стороны, братья бозона Хиггса разыскиваются в том же самом диапазоне, который уже внимательно исследовался в связи с поисками бозона Стандартной модели. Сделанного до сих пор пока недостаточно, так как идет поиск частиц со слишком различными характеристиками. У братьев бозона Хиггса другие каналы рождения и распада, и потому для их поиска нужны особые стратегии. К тому же тут потребуются значительные объемы данных, так как чем тяжелее частица, тем сложнее ее получить и тем реже она попадается.

Одновременно продолжаются исследования бозона Хиггса с массой 125 ГэВ. Стандартная модель предсказывает все ее характеристики с очень большой точностью. Все, что мы видели до сих пор, хорошо совпадает с предсказаниями, но наша точность ограничена небольшим количеством бозонов, которые нам удалось распознать. Во многих процессах распада погрешность наших измерений сильно превосходит 10 %. Она оставляет достаточно места для отличия истинных характеристик от измеренных, а аномалии, предсказываемые Сьюзи, проявятся в отклонениях всего на несколько процентных пунктов.

За прошедшие с момента открытия годы мы могли выделить на LHC десятки тысяч бозонов Хиггса, чтобы подробно изучать их свойства. Если бы мы заметили хоть какую‑то аномалию в них, мы бы получили непрямое указание на присутствие каких‑то новых частиц. У нас было бы научное доказательство существования Новой физики, и мы бы знали, при каких энергиях ее надо искать.

Знаете, какой тайной надеждой тешили мы себя в 2012 году? Только что открытый бозон Хиггса послужит нам в качестве портала в Новую физику и станет первым звеном в