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

момент таких намеков набралось свыше десятка, и у теоретиков разбегались глаза от выбора того, какие из них попробовать описать в рамках многочисленных моделей Новой физики. Надо, впрочем, подчеркнуть, что ни одно из отклонений не выглядело “железобетонным” открытием: погрешности были велики, и статистическая достоверность отклонения была недостаточной для того, чтобы экспериментаторы смогли заявить об однозначном открытии новых явлений. Однако среди теоретиков царило воодушевление: казалось, еще немного – и прекрасная Новая физика будет открыта. Эта ситуация (вместе с описанием каждого интересного отклонения) отражена на специальной странице “Загадки Большого адронного коллайдера: октябрь 2015” в тематическом проекте Элементы. ру.

А затем пошли первые данные сеанса Run 2 – и они стали безжалостно закрывать одно за другим обнаруженные ранее отклонения. Количество зарегистрированных событий резко возросло, погрешности уменьшились. Детекторы прошли апгрейд, точность их измерений возросла. Одновременно с этим совершенствовались и методы анализа данных, в них все более широко использовались нейронные сети и передовые методы машинного обучения. В книге Тонелли, кстати, описано самое начало активного внедрения этих методик: он упоминает многомерный анализ данных, на который начинают опираться молодые сотрудники, но высказывает опасения, что при таком сложном анализе есть риск потерять контроль над тем, что вы делаете. Сейчас, после десятилетия бурного развития, применение глубоких нейронных сетей в анализе коллайдерных данных стало нормой – и это, признаюсь, затрудняет для теоретиков понимание того, что же скрывается за тем или иным анализом.

Как бы то ни было, по мере появления все новых данных сеанса Run 2 становилось все яснее, что измеренные свойства бозона Хиггса согласуются с предсказаниями Стандартной модели в пределах десятка процентов. Фейерверка новых громких открытий, на который физики надеялись еще за несколько лет до этого, не случилось. Стандартная модель по‑прежнему дает наилучшее описание всей совокупности многих тысяч измерений в мире элементарных частиц, которые мы накопили к нынешнему моменту. В 2022 году, когда ЦЕРН отмечал десятилетие открытия бозона Хиггса, коллаборации ATLAS и CMS представили обзоры своих хиггсовских результатов за это время. Популярный очерк состояния дел в хиггсовской физике в 2022 году можно найти в новости Иванов И. Бозону Хиггса — 10 лет. Элементы. ру, 01.07.2022.

Незачем скрывать, что, на фоне завышенных ожиданий теоретиков, удручающе стандартный портрет бозона Хиггса стал для многих настоящим разочарованием. Но значит ли это, что Стандартная модель окончательно доказана и никакой Новой физики нет? Ни в коем случае. Уже давно понятно, что Стандартная модель не способна объяснить темную материю и происхождение наблюдаемого нами во Вселенной столь разительного дисбаланса между материей и антиматерией. Эти вопросы неизбежно относятся к миру элементарных частиц, и, раз Стандартная модель пасует перед ними, обязан существовать новый, более глубокий пласт реальности, на котором и найдутся эти ответы. Кроме того, даже внутри Стандартной модели есть загадки – например происхождение массы нейтрино или нарушение CP-четности, – которые требуют Новой физики. Поэтому в том, что Новая физика существует, сомнений нет. Вопрос лишь, при каких энергиях столкновений мы смогли бы увидеть прямые ее проявления.

Не исключено, что мы найдем свидетельства новых явлений на Большом адронном коллайдере, но чуть позже. Надо сказать, что сейчас, в 2024 году, маятник настроения теоретиков снова качнулся в сторону воодушевления. Появились новые намеки на экзотические частицы, возможно, на новые бозоны Хиггса с необычными свойствами. В отличие от ситуации десятилетней давности, эти намеки выдает нынешний коллайдер, обновленный и возмужавший, да и методы анализа данных сейчас куда прозорливее, чем в первые годы работы. Нынешний сеанс LHC Run 3 должен внести ясность в эту картину. Помимо того, график работы Большого адронного коллайдера расписан до 2042 года и ожидается, что к тому времени будет накоплено в 10–20 раз больше данных, чем сейчас. Так что мы пока находимся в начале пути, и не исключено, что коллайдер еще получит свою Нобелевскую премию по физике за обнаружение новых бозонов Хиггса или иных принципиально новых явлений.

Ожидания и реальность

В своей книге Тонелли описывает еще несколько потенциальных физических открытий и достижений, вызывавших в 2015 году воодушевление. Кратко прокомментирую, как изменилась ситуация за прошедшее время.

Прежде всего, хочу подчеркнуть, что связь между хиггсовским полем и космической инфляцией, которую автор упоминает в прологе и к которой возвращается в середине десятой главы, – довольно‑таки призрачна. Она вовсе не считается “мейнстримом”, основной рабочей гипотезой физиков. Хиггсовское поле, несомненно, играло важную роль в эволюции ранней Вселенной. Электрослабый фазовый переход, сопровождавшийся “переформатированием” всех существовавших тогда частиц, скорее всего, действительно произошел спустя крошечную долю секунды после Большого взрыва. Вполне возможно, что этот фазовый переход сыграл свою роль и в возникновении дисбаланса между веществом и антивеществом – хотя по этому поводу продолжаются дискуссии, поскольку без Новой физики тут уже не обойтись. Не исключено даже, что хиггсовский механизм как‑то причастен и к появлению и стабилизации темной материи – но тут же надо оговориться, что это лишь одна из многих теоретических гипотез. Все эти космические проявления хиггсовского поля – или нескольких хиггсовских полей – вполне активно обсуждаются в литературе по физике элементарных частиц. Но вот связь хиггсовского поля с гравитацией, с инфлатоном – уже из разряда более экзотических гипотез. Да, есть знаменитые работы на эту тему, однако они опираются не только на хиггсовское поле само по себе, но и на определенную модификацию самой гравитации. Это, в некотором смысле, “гипотеза в квадрате”. Посетите любую научную конференцию по свойствам хиггсовских бозонов и обратите внимание на первые слайды обзорных докладов. В них вы встретите многочисленные примеры того, зачем изучать хиггсовские бозоны, но вот связи с гравитацией вы почти наверняка не увидите. Эта очень гипотетическая связь – вовсе не главная движущая сила хиггсовских исследований.

Ситуация с суперсимметрией – еще одной темой, которая проходит через всю книгу, – несколько иная. Двадцать лет назад, когда полным ходом шло строительство Большого адронного коллайдера, возникшие за четверть века до этого суперсимметричные теории были исключительно популярным направлением в физике элементарных частиц за пределами Стандартной модели. Десятки исследовательских групп, сотни физиков-теоретиков работали над построением конкретных моделей и над расчетами предсказаний для коллайдера. Научное сообщество находилось в состоянии возбужденного ожидания, и многие теоретики готовились к тому, что открытия суперсимметричных частиц посыплются в первые же месяцы, даже недели полноценной работы LHC.

Однако шли годы, коллайдер накапливал статистику рекордными темпами, коллаборации ATLAS и CMS отчитывались о десятках, а затем – сотнях поисков проявлений суперсимметричных частиц, но никакого открытия не случалось. Это, конечно, не закрывает саму идею суперсимметрии; может