Сабина Хоссенфельдер - Уродливая Вселенная [Как поиски красоты заводят физиков в тупик]

В последующие недели Фрэнк Вильчек проигрывает пари Гарретту Лиси – суперсимметрию на Большом адронном коллайдере так и не нашли. Сходное пари, заключенное на конференции в 2000 году, тоже приносит победу «несуперсимметричной» стороне 203.

Тем временем, пока я дописываю свою книгу, я выигрываю пари у самой себя, сделав ставку на то, что мои коллеги потерпят череду неудач. Шансы были на моей стороне – коллеги потратили тридцать лет, снова и снова пытаясь делать одно и то же, но ожидая другого результата.

В октябре коллаборация CDEX-1 объявляет, что аксионы не обнаружены.

Сколько вообще можно ждать, чтобы теория получила экспериментальное подтверждение? Я не знаю. Я даже не думаю, что такая формулировка имеет смысл. Может, частицы, что мы ищем, где-то совсем близко – и на самом деле это только вопрос уровня технологического развития, когда мы их обнаружим.

Однако, найдем мы что-то или нет, уже очевидно, что ранее действовавшие правила для разработки теорий изжили себя. Пять сотен теорий для объяснения сигнала, которого не было, и 193 модели ранней Вселенной – более чем исчерпывающее доказательство того, что существующие стандарты качества больше не работают при оценке наших теорий. Чтобы отбирать перспективные будущие эксперименты, нам нужны новые правила.

В октябре 2016 года в Карлсруэ (Германия) запущен экспериментальный проект KATRIN. Его цель – измерить доселе неизвестные абсолютные массы нейтрино. В 2018 году радиотелескоп SKA ( Square Kilometer Array ), строящийся в Австралии и ЮАР, начнет искать сигналы от самых первых галактик. В течение следующих нескольких лет в экспериментах Muon g–2 в Фермилаб в США и J-PARC в Японии будет с беспрецедентной точностью измеряться магнитный момент мюона, чтобы разрешить давние противоречия между экспериментом и теорией. Европейское космическое агентство планирует создать космический лазерный интерферометр eLISA, который сможет регистрировать гравитационные волны в неисследованных частотных диапазонах и добывать новые данные о том, что происходило во время инфляции. Преобладающую часть данных с Большого адронного коллайдера еще только предстоит проанализировать, и мы все еще можем обнаружить признаки физики за пределами Стандартной модели.

Мы знаем, что известные нам сегодня законы природы неполны. Чтобы придать им полноту, мы должны постичь квантовое поведение пространства и времени, пересмотрев теорию гравитации или квантовую физику, а может, и обе. И то, что мы поймем, вне всяких сомнений, поднимет новые вопросы.

Может показаться, будто физика была историей успеха прошлого столетия, а теперь настал век нейронаук, или биоинженерии, или искусственного интеллекта (все зависит от того, кого спросить). Но я думаю, это не так. Мне дали новый исследовательский грант. Впереди много работы. Следующий прорыв в физике произойдет в этом столетии.

И он будет прекрасен.

Я признательна всем тем ученым, беседы с которыми позволили мне воссоздать столь живой образ научного сообщества: Ниме Аркани-Хамеду, Стивену Вайнбергу, Фрэнку Вильчеку, Вэнь Сяогану, Джану Франческо Джудиче, Гордону Кейну, Михаэлю Кремеру, Гарретту Лиси, Кэтрин Мэк, Киту Оливу, Чеду Орзелу, Джо Полчински, Дойну Фармеру и Герарду Хоофту [114] На сайте, посвященном этой книге ( http://lostinmathbook.com ), есть несколько строк, рассказывающих о том, что произошло с собеседниками автора с тех пор, как книга была написана: «У Чеда Орзела новая собака. Кэтрин Мэк стала профессором в Университете штата Северная Каролина. Гарретт Лиси расстался со своей девушкой. Михаэль Кремер больше не работает над суперсимметрией. Джозеф Полчински, к великому сожалению, ушел из жизни до того, как эта книга была издана». – Прим. перев. . Спасибо вам огромное – вы были великолепны!

Я в неоплатном долгу перед многими людьми, кто годами помогал мне лучше понять различные темы, обсуждаемые в этой книге: перед Говардом Бэром, Рихардом Давидом, Ричардом Истером, Ксавье Кальме, Уиллом Кинни, Стэйси Макго, Флорином Молдовяну, Джоном Моффатом, Тильманом Плином, Итаном Сигелом, Дэвидом Спергелом, Тимом Тейтом, Джорджо Торрьери и многими-многими другими, чьи семинары, лекции, книги и статьи принесли мне пользу.

Благодарю также добровольцев, вызвавшихся читать черновые варианты этой книги: Ниаэша Афшорди, Ренате Вайнек, Джорджа Массера, Ли Смолина и Штефана Шерера.

Отдельное спасибо Ли Смолину за то, что он в конце концов понял – не отговорить ему меня от написания этой книги, и моему агенту Максу Брокману и сотрудникам издательства Basic Books , особенно Лиа Стечер и Томасу Келлехеру, за их поддержку.

Наконец, хочу поблагодарить Штефана за то, что он вытерпел два года проклятий в адрес «этой чертовой книги», и Лару с Глорией за столь необходимый мне тогда отдых.

Книга посвящена моей маме. Когда мне было десять, она разрешила мне разломать ее пишущую машинку. Смотри, мам, все было не зря.

Частицы Стандартной модели (см. рис. 6) классифицируются в соответствии с калибровочными симметриями [115] Есть много превосходных книг о Стандартной модели и ускорителях частиц, где все описывается детальнее, чем необходимо для наших здесь целей. Упомяну лишь две из недавно изданных: Carroll S. 2013. The particle at the end of the universe: how the hunt for the Higgs boson leads us to the edge of a new world. New York: Dutton (Кэрролл Ш. Частица на краю Вселенной. Как охота на бозон Хиггса ведет нас к границам нового мира . М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015. – Прим. перев. ); Moffat J. 2014. Cracking the particle code of the universe: the hunt for the Higgs boson. Oxford, UK: Oxford University Press. . Фермионы сильного ядерного взаимодействия – это кварки, их шесть. Они называются нижним, верхним, странным, очарованным, прелестным и истинным. Верхний, очарованный и истинный кварки имеют дробный электрический заряд, равный +2/3 заряда электрона, остальные три кварка имеют заряд –1/3 заряда электрона. Взаимодействие между кварками осуществляется посредством восьми безмассовых глюонов – калибровочных бозонов сильного ядерного взаимодействия. Их число следует из группы симметрии сильного взаимодействия, SU(3).

Оставшиеся фермионы в сильном взаимодействии не участвуют и зовутся лептонами. Их тоже шесть: электрон, мюон и тау-лептон (с зарядами –1) и соответствующие нейтрино – электронное, мюонное и тау-нейтрино (электрически нейтральные). Электрослабое взаимодействие осуществляется посредством безмассового, электрически нейтрального фотона и обладающих массой Z -, W +– и W —-бозонов, имеющих заряды 0, +1 и –1 соответственно. Опять же число калибровочных бозонов вытекает из группы симметрии, для электрослабого взаимодействия равной SU(2) × U(1).