Знание-сила, 2002 № 08 (902)
Шрифт:
Протон-антипротонные столкновения могут привести к рождению суперсимметричных чостиц, например при соударении кварка из протона или антипротона с глюоном из другой частицы
Верхний ряд иллюстрирует процессы, описываемые Стандартной Моделью. Взаимодействие в рамках суперсимметричной теории легко получить, заменив любые две линии,
Впрочем, некоторые физики полагают, что это отклонение в результатах вызвано «статистическим шумом». С другой стороны, рассуждения о том, что могут существовать некие неизвестные частицы, не вписывающиеся в Стандартную Модель физики, отвечают устремлениям теоретиков. Так, согласно теории струны и М-теории, наряду с известными нам элементарными частицами существует целый «зоопарк» других частиц. Возможно, ясность будет внесена уже в ближайшее время после обработки новых результатов измерений, а также после измерения магнитного момента не только у положительно заряженных мюонов, как сейчас, но и у отрицательно заряженных мюонов. «Если расхождение в результатах опытов и теоретических выводах подтвердится, то вряд ли можно будет сомневаться в том, что дверь в царство новой физики распахнута», – говорит профессор Гюнтер Верт из Майнцского университета.
Ядром новой физики может стать так называемая Суперсимметрия. Ее существование оправдано в глазах многих физиков по целому ряду причин. Во-первых, ее принцип подразумевает наличие хиггсбозонов, придающих элементарным частицам массу. Во-вторых, при наличии Суперсимметрии все четыре известных нам фундаментальных взаимодействия могут соединиться и образовать так называемую Сверхсилу, или Суперсилу. Произойдет это, правда, лишь при «энергии Планка» – энергии, которая в десятки миллионов миллиардов раз выше, чем максимальная энергия, достижимая в современных ускорителях.
Наконец, теория струны тоже требует, чтобы мир был суперсимметричен. Ведь, согласно этой теории, все материальные и силовые частицы суть колебания одной и той же элементарной струны, а значит, в основе основ между этими типами частиц нет разницы: материальные частицы могут превращаться в силовые и наоборот. Следовательно, делают вывод теоретики, у каждой материальной частицы есть свой суперсимметричный двойник – некая силовая частица, и, соответственно, у каждой силовой частицы есть суперсимметричный материальный двойник. Это значит, что во Вселенной должно быть, по крайней мере, вдвое больше разновидностей частиц, чем известно исследователям.
Эти суперсимметричные частицы (суперчастицы) еще предстоит открыть. Однако ученые уже давно раздают им имена. Так, в пару к электрону подобрали сэлектрон, в пару к мюону – смюон, кварки дополнили скварками, а суперсимметричный фотон назвали «фотино».
Результаты эксперимента с мюонами, проведенного в Брукхэйвене, могли бы стать первым фактом, подтверждающим, что эти таинственные частицы существуют. Именно присутствие суперсимметричных частиц объясняет, почему величина магнитного момента мюона оказалась именно такой. Возможно, что эта догалка, а также правота авторов теории струны окончательно подтвердятся в 2006 году, когда войдет в строй LHC. Тогда при столкновении фотонов будет высвобождаться достаточная энергия для того, чтобы получать суперсимметричные элементарные частицы.
Пока же теоретикам остается лишь мечтать. «Если будут открыты суперсимметричные частицы, наука совершит грандиозный скачок вперед» – говорит Херман Николаи. Профессор Джон Шварц из Калифорнийского технологического института полагает даже: «В случае, если в опытах на новом коллайдере или каком-то другом ускорителе будет доказана Суперсимметрия, то это открытие станет одним из величайших в истории человечества. По моему мнению, оно гораздо важнее, чем возможное открытие жизни на Марсе».
Впрочем, вряд ли за пределами касты физиков найдется много тех, кто относится к их работе с таким же энтузиазмом. Восторг же самих физиков легко объяснить. Согласно теории, самая легкая суперчастица должна быть стабильной. Следовательно, таинственная темная материя может состоять именно из таких частиц. Открытие Суперсимметрии придаст новый импульс поискам всемирной формулы мироздания. Вот что писали по этому поводу доктор Гудрид Моортгат-Пик из Венского университета и профессор Петер Цервас из DESY: «Если прежние косвенные свидетельства не обманывают, значит физика элементарных частиц находится на пороге важнейших открытий, которые могут сыграть решающую роль в создании единой теории материи и ее фундаментальных взаимодействий».
Адреса в Интернете:
«KworkQuark – элементарная физика для всех!» (сайт подготовлен в DESY): kworkquark.desy.de
Информация о Laige Hadron Collider на сайте CERN: lhc.web.cern.ch/lhc
Введение в физику элементарных частиц и космологию на сайте Лаборатории Ферми: www.fnal.gov/pub/inquiring/matter/inde x.html
Введение в теорию струны на сайте профессора Джона Шварца: www.theorycaltech.edu/people/jhs/ strings
Официальный сайт теоретиков струны: www.superstringtheoiycom
Сайт международной конференции «Strings 2001»: theory.theoiytifr.res.in/strings
Сайт «Суперкамиоканде»: www-sk.icn.utokyo.ac.jp/doc/sk/
Рафаил Нудельман
Спептоны и скварки
Теперь мы уже отчасти понимаем, что «усовершенствование» Стандартной Модели означает, на самом деле, пересмотр основных представлений физики, и поэтому можем понять также и осторожность авторов Брукхэйвенского эксперимента, которые не торопятся с окончательным выводом. Сейчас расчетные группы получили в свое распоряжение данные по остальным четырем миллиардам мюонов, участвовавшим в эксперименте, и надеются закончить уточнение предварительного результата к середине будущего года. Кроме того, поступили данные аналогичных экспериментов, проведенных в России, Китае и других странах, и они тоже будут учтены, прежде чем прозвучит окончательный вердикт.
Ну, во-первых, как признают сами физики, все может обернуться большим «флопом» – обыкновенной ошибкой эксперимента. Но. по оценке расчетчиков, шансы такого исхода составляют лишь около одного процента, то есть не так уж велики. Во-вторых, может еше случиться, что с учетом данных по всем остальным миллиардам мюонов средний результат просто совпадет с предсказаниями нынешней теории, и буря уляжется сама собой. Самым интересным, однако, будет подтверждение предварительных результатов, то есть подтверждение необходимости пересмотра Стандартной Модели. Молодые теоретики с хищным восторгом жаждут именно такого исхода. У них уже есть на примете кандидат на смену скомпрометированной модели. Этот кандидат известен уже несколько лет и называется «теория суперсимметрии». Дело в том, что сомнения в окончательности Стандартной Модели не новы, эта модель содержит много подводных камней, известных ее создателям и всем другим теоретикам, и на протяжении нескольких последних лет появилось сразу несколько возможных вариантов расширения и улучшения прежней теории.
Суперсимметрия – один из них. В этом варианте, говоря очень грубо, число существующих в природе частиц удваивается; каждой частице соответствует ее «суперчастица»: кварку – скварк, нейтрино -снейтрино, легким лептонам – слептоны и т.д., и это позволяет, например, избавиться от одной из трудностей Стандартной Модели – невыполнения предписываемых ею природе законов симметрии. С учетом суперчастиц эти законы выполняются. Нетрудно также понять, что суперчастицы могут помочь и в объяснении результатов Брукхэйвенского эксперимента: если мюон взаимодействует не только с виртуальными частицами, но и с виртуальными суперчастицами, всеми этими слептонами и снейтринами, его магнитные свойства обязательно будут отличаться от тех, которые он имел бы, взаимодействуй он только с обычными виртуальными частицами.