Физики из США и Южной Кореи описали возможный сценарий эволюции Вселенной после Большого взрыва, отличающийся от общепринятого в настоящее время наукой. Согласно этому сценарию, на Большом адронном коллайдере (БАКе) в ЦЕРНе новые элементарные частицы обнаружить уже не удастся. Также альтернативный сценарий позволяет решить проблему иерархии масс.
Исследование опубликовано на сайте arXiv.org, подробнее о нем рассказывает «Лента.ру».
Теория получила название Nnaturalness. Она определена на масштабах энергий порядка электрослабого взаимодействия, после разделения электромагнитного и слабого взаимодействий. Это было спустя примерно десять в минус тридцать второй — десять в минус двенадцатой секунд после Большого взрыва. Тогда, по мнению авторов новой концепции, во Вселенной существовала гипотетическая элементарная частица — рехитон (или рехеатон, от английского reheaton), распад которой привел к формированию наблюдаемой сегодня физики.
По мере того как Вселенная становилась более холодной (уменьшалась температура материи и излучения) и плоской (геометрия пространства приближалась к евклидовой), рехитон распался на множество других частиц. Они сформировали почти не взаимодействующие друг с другом группы частиц, практически идентичные по видовому набору, но отличающиеся массой бозона Хиггса, а значит, и собственными массами.
Число таких групп частиц, которые, по мнению ученых, существуют в современной Вселенной, достигает нескольких тысяч триллионов. К одному из таких семейств относятся и описываемая Стандартной моделью (СМ) физика и наблюдаемые в экспериментах на БАКе частицы и взаимодействия. Новая теория позволяет отказаться от суперсимметрии, которую до сих пор пытаются безуспешно найти, и решает проблему иерархии частиц.
В частности, если масса образовавшегося в результате распада рехитона бозона Хиггса мала, то масса остальных частиц будет велика, и наоборот. Именно это решает проблему электрослабой иерархии, связанную с большим разрывом между экспериментально наблюдаемыми массами элементарных частиц и масштабами энергий ранней Вселенной. Например, вопрос о том, почему электрон массой 0,5 мегаэлектронвольта почти в 200 раз легче мюона с теми же квантовыми числами, отпадает сам собой — во Вселенной есть точно такие же наборы частиц, где это различие проявляется не так сильно.
По новой теории, наблюдаемый в экспериментах на БАКе бозон Хиггса — самая легкая частица подобного типа, образовавшаяся в результате распада рехитона. С более тяжелыми бозонами связаны другие группы пока еще не обнаруженных частиц — аналоги открытых сегодня и хорошо изученных лептонов (не участвующих в сильном взаимодействии) и адронов (участвующих в сильном взаимодействии).
Новая теория не отменяет, но делает не столь необходимым введение суперсимметрии, предполагающей удвоение (как минимум) числа известных элементарных частиц за счет наличия суперпартнеров. Например, для фотона — фотино, кварка — скварк, хиггса — хиггсино и так далее. Спин суперпартнеров должен на полуцелое число отличаться от спина исходной частицы.
Математически частица и суперчастица объединяются в одну систему (супермультиплет); все квантовые параметры и массы частиц и их партнеров в точной суперсимметрии совпадают. Считается, что в природе суперсимметрия нарушена, и поэтому масса суперпартнеров значительно превышает массу их частиц. Для обнаружения суперсимметричных частиц и понадобились мощные ускорители вроде БАКа.
Если суперсимметрия или какие-либо новые частицы или взаимодействия и существуют, то, по мнению авторов нового исследования, они могут быть открыты на масштабах десяти тераэлектронвольт. Это почти на границе возможностей БАКа, и если предложенная теория верна, обнаружение там новых частиц крайне маловероятно.
Сигнал вблизи 750 гигаэлектронвольт, который мог указывать на распад тяжелой частицы на два гамма-фотона, о чем ученые коллабораций CMS (Compact Muon Solenoid) и ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS), работающих на БАКе, сообщали в декабре 2015 года и марте 2016 года, признан статистическим шумом. После 2012 года, когда стало известно об открытии в ЦЕРНе бозона Хиггса, новых фундаментальных частиц, предсказываемых расширениями СМ, не выявлено.
Поэтому возникновение теорий, в которых необходимость в суперсимметрии отпадает, ожидаемо. «Есть много теоретиков, в том числе я, считающих, что сейчас совершенно уникальное время, когда мы решаем важные и системные вопросы, а не касающиеся деталей какой-либо очередной элементарной частицы», — сказал ведущий автор нового исследования, физик Нима Аркани-Хамед из Принстонского университета (США).
Польські фермери готують повне перекриття кордону з Україною
Від 33 гривень: АЗС опублікували нові ціни на бензин, дизель та автогаз
Залужний сказав, коли Росія вдарить із новою силою
Путін скоригував умови припинення війни з Україною
Его оптимизм разделяют не все. Так, физик Мэтт Страсслер из Гарвардского университета полагает надуманным математическое обоснование новой теории. Между тем Падди Фокс из Национальной ускорительной лаборатории Энрико Ферми в Батавии (США) считает, что новую теорию удастся проверить в ближайшие десять лет. По его мнению, частицы, образованные в группе с каким-либо тяжелым бозоном Хиггса, должны оставить свои следы на реликтовом излучении — древней микроволновой радиации, предсказываемой теорией Большого взрыва.
