13.02.2013

Стандартная модель выдержала испытания

На международной конференции физиков, состоявшейся в Киото в ноябре, ученые из Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) преподнесли очередной сюрприз своим коллегам физикам-теоретикам. Они сообщили, что один из детекторов Большого адронного коллайдера (LHC) зафиксировал редчайшее явление в природе – распад так называемого очаровательного мезона на две частицы – мюон и антимюон. Такое, по расчетам физиков, может происходить не более трех раз из миллиарда случаев распада «очаровательного» мезона. Параметры этого события практически совпадают с предсказаниями общепринятой физической теории – Стандартной модели, но резко расходятся с постулатами теории суперсимметрии.

Стандартная модель – выдающееся достижение мировой науки истекшего столетия, которая описывает природную сущность трех фундаментальных сил – электромагнетизма, слабого и сильного ядерного взаимодействия. За исключением четвертой силы – гравитации. К концу ХХ века все предсказания Стандартной модели подтвердились экспериментально, причем с очень высокой точностью. (Кроме бозона Хиггса, но и эта «частица Бога», как ее называют, кажется, была обнаружена в экспериментах на LHC летом нынешнего года.)

На стыке двух тысячелетий ученые обнаружили такое «сверхъявление» как ускоренное расширение Вселенной (инфляцию Вселенной), суть которого оказалась далеко за пределами теоретического постулата Стандартной модели. Более того, безупречно ложащиеся в эту модель атомы, оказывается, составляют лишь 6% массы Вселенной, а все остальное – «темная материя» (22%) и «темная энергия» (74%). Сущность и параметры последних двух феноменов пока никак не поддаются расшифровке.

Вот тут-то на первый план выдвинулись различные новые модели теории суперсимметрии, возникшей еще в конце 1980-х годов и ставшей затем как бы фундаментом «новой физики».

К суперсимметрии в начальной стадии проявляли интерес многие крупные физики-теоретики, в частности нобелевские лауреаты Лев Ландау и Андрей Сахаров, Абдус Салам и Стивен Вайнберг.

Теория суперсимметрии предполагает, что у всех известных элементарных частиц существуют симметричные суперпартнеры (речь не идет об античастицах), которые зародились одновременно с обычными частицами в момент Большого взрыва (около 14 млрд лет назад). Затем по ряду причин эти суперсимметричные частицы стали намного тяжелее обычных и распались, а их остатки как раз образовали «темное вещество», объяснение существования которого отсутствует в Стандартной модели.

Экспериментаторы, работающие на LHC, в своей критике в адрес сторонников теории суперсимметрии исходят, главным образом, из предположения, что если у обычных частиц действительно существовали бы параметры – суперчастицы, то распадов мезона было бы многократно больше, чем это наблюдалось в детекторе на коллайдере. Не удалось также пока обнаружить никаких признаков существования и самих суперчастиц, на что сторонники «новой физики», безусловно, возлагали определенные надежды.

Команда экспериментаторов из ЦЕРНа впервые представила свой доклад по проблемам распада «очаровательного» мезона на Международной конференции, посвященной изучению взаимодействия лептон-фотонов, состоявшейся в Мумбаи (Индия) в августе 2011 года. Участвовавший в работе этой конференции научный обозреватель Би-Би-Си, доктор П. Гхош, ядерщик по образованию, выступил с обзором, в котором пришел к выводу, что теория суперсимметрии находится в тупиковой ситуации. При этом Гхош ссылался на предварительные выводы и наблюдения экспериментаторов из ЦЕРНа. Одновременно Гхош приводил и высказывания американских ученых, работавших тогда на ускорителе Теватрон: распад мезонов, дескать, должен происходить под воздействием суперсимметричных частиц. В экспериментах ЦЕРНа это не подтвердилось.

По мнению опытного аналитика Гхоша, предварительные сообщения о распадах B-мезона были сделаны европейскими учеными как раз накануне международной конференции сторонников «новой физики», состоявшейся в конце августа прошлого года в окрестностях Лос-Анджелеса. Один из организаторов этого форума профессор Джосеф Ликкен из ядерной лаборатории Ферми заявил в связи с этим, что суперсимметрия сама по себе - прекрасная идея, которая объясняет сущность «темной материи», бозона Хиггса, а также ряд аспектов современной космологии, хотя мы ни в коем случае не претендуем на абсолютную истину. «Возможно, в этой концепции имеются некоторые базисные пробелы, и мы должны двигаться вперед в поисках новых подходов», – подчеркнул он.

И вот теперь, спустя полтора года, на Киотском симпозиуме европейские ученые из ЦЕРНа вновь в очень жестких выражениях «ополчились» на сторонников теории суперсимметрии. Так, профессор Крис Паркес заявил, что «суперсимметрия как теория, возможно, еще окончательно не умерла, но результаты последних исследований показывают, что она тяжело больна». Профессор Вал Гибсон из Кембриджского университета подчеркнул, что «почти двухгодичные эксперименты на коллайдере наших коллег – сторонников суперсимметрии – практически положили на обе лопатки». В общем, если даже «новая физика» существует, то она прячется глубоко в пространстве Стандартной модели.

Однако весьма любопытно, что один из сторонников теории суперсимметрии профессор Лондонского университета Джон Эллис отметил, что изложенные на Киотском форуме результаты экспериментов в ЦЕРН по распаду «очаровательного» мезона вполне соответствуют теоретическим постулатам суперсимметрии. Более того, некоторые модели теории заранее предсказали вероятность такого варианта. «Так что я никак не лишусь спокойного сна и буду продолжать свои поиски в рамках этой теории», – подчеркнул Эллис.

Некоторые российские специалисты по квантовой механике, к которым я обратился за комментарием по этой оживленной научной дискуссии, ответили в том смысле, что это вполне приемлемая и весьма полезная научная полемика. Она должна подтолкнуть сторонников обоих направлений – Стандартной модели и теории суперсимметрии – к новым размышлениям и поискам более фундаментальных подходов к данной проблеме. К тому же при полном доверии к докладам экспериментаторов ЦЕРНа, нужно отметить и то обстоятельство, что как обнаружение частицы, похожей на бозон Хиггса, так и результаты распада «очаровательного» мезона на две частицы никто окончательно не объявил открытием. «Пока результаты эксперимента не достигли требуемого для такого утверждения уровня Sigma 5», – отметили эксперты.

Юлнур Халин

Источники:

1. www.ng.ru