Ученые назвали частицу, способную разрушить теорию струн
Стандартная модель в физике описывает поведение всех известных элементарных частиц и взаимодействий — электромагнитного, сильного и слабого, — тогда как общая теория относительности Эйнштейна объясняет гравитацию и структуру пространства-времени. Проблема в том, что эти два подхода несовместимы: если Стандартная модель трактует силы как поля, наполненные частицами, то общая теория относительности описывает гравитацию как искривление геометрии пространства, без места для частиц. Именно здесь возникает потребность в теории, способной объединить все — и в качестве кандидата давно рассматривается теория струн.
Теория струн предполагает, что все элементарные частицы — это крошечные вибрирующие струны, а не точечные объекты. Эта теория потенциально способна связать гравитацию с квантовой физикой, но она работает в высокоразмерной математике и допускает почти бесконечное множество возможных «вселенных», что делает ее крайне трудной для проверки. Большинство вариантов теории струн требуют существования 10 или 11 измерений, из которых дополнительные «свернуты» в миниатюрные формы, недоступные прямому наблюдению.
Тем не менее команда исследователей под руководством теоретика Джонатана Хекмана и аспирантки Ребекки Хикс из Пенсильванского университета предложила необычный способ проверить теорию струн. Вместо того чтобы искать подтверждающие ее предсказания, они задали более радикальный вопрос: что если обнаружить нечто, чего теория струн в принципе не допускает? Такой находкой может стать экзотическая частица — пятичленный мультиплет, или 5-плет. Это группа из пяти связанных частиц, чье существование не выводится ни из одного струнного расчета. Хекман сравнивает это с попыткой заказать традиционный гамбургер в японском суши-баре: как бы ни искали — в меню его просто нет.
Если 5-плет будет найден, это поставит под угрозу всю конструкцию теории струн. Частица, особенно если она окажется фермионом Майораны (то есть будет одновременно и частицей, и своей античастицей), войдет в конфликт с фундаментальными допущениями струнной теории. Однако обнаружить такую частицу чрезвычайно сложно. Во-первых, чтобы ее «создать» в коллайдере, нужны гигантские энергии — порядка нескольких триллионов электрон-вольт. Во-вторых, она ведет себя очень скрытно: распадается на слабосигнальные частицы, часть из которых вообще не оставляет следов в детекторах. Это создает так называемые «исчезающие треки», напоминающие внезапно обрывающиеся в снегу следы.
Тем не менее, именно такие признаки и ищут ученые в данных Большого адронного коллайдера (БАК), используя установки ATLAS и CMS. Команда из Пенсильвании анализировала уже собранные данные, перенацелив их с поисков других гипотетических частиц на 5-плеты. Пока таких частиц не обнаружено, но это уже позволяет утверждать, что их масса, если они существуют, превышает 650−700 ГэВ — примерно в пять раз больше массы бозона Хиггса.
Особую интригу добавляет тот факт, что 5-плет может быть не только ключом к проверке теории струн, но и потенциальным кандидатом на роль темной материи — загадочной субстанции, которая составляет около 85% всей материи во Вселенной. Если нейтральный компонент 5-плета стабилен, он может объяснить происхождение темной материи после Большого взрыва. Таким образом, обнаружение этой частицы стало бы двойным прорывом — ударом по основам струнной теории и одновременно шагом к разгадке одной из главных космических тайн.
Как отмечает сама Хикс, цель исследования — не разрушить теорию струн, а подвергнуть ее реальному испытанию. Если она все-таки устоит — отлично. Если нет — мы узнаем о природе Вселенной нечто по-настоящему фундаментальное.
