Стандартная модель является теоретическим предсказанием того, как поведёт себя материя в той или иной ситуации. Эта теория очень точна, и каждый раз, когда физики ставят эксперименты с элементарными частицами, то находят всё новые и новые подтверждения того, что Стандартная модель верна.
Большой адронный коллайдер (LHC) или БАК был создан для того, чтобы понять, как вела себя Вселенная, когда она ещё только родилась — примерно 13,75 миллиарда лет назад. Тогда она была совсем не похожа на то, что мы видим сегодня: пространство было скорее похоже на “суп” из элементарных частиц, чем на космос. Из этого высокоэнергетического “супа” и родились звёзды, планеты и чёрные дыры.
Если пофантазировать на эту тему, то можно сказать, что БАК — это огромная машина времени, которая воспроизводит различные эпизоды из биографии юной Вселенной. Космос полон загадок и, чтобы понять, как появилось всё то, что мы видим сейчас в телескопы,нужно обратиться не к гигантским звёздам, а к маленьким частицам.
Все частицы в коллайдере крайне нестабильны и распадаются на другие частицы через очень короткий промежуток времени, почти сразу после возникновения. Эти распады и являются предметом наблюдений физиков. Только так можно “увидеть”, что происходило в космосе, когда он только что родился.
Однако наблюдения проходят небезосновательно: никто бы не стал строить такую огромную конструкцию, если бы у физиков не было потребности в доказательстве или опровержении какой-либо стройной теории. Этой теорией стала Стандартная модель, а её оппонентом — теория суперсимметрии. Сторонники последней считают, что Стандартная модель — далеко не так точна, и если провести ряд экспериментов с высокими энергиями, то она даст трещину и какой-то распад пройдёт не так, как предполагалось.
Все надеялись, что эксперимент по поиску бозона Хиггса завершит эти споры. Но сам факт существования этой частицы уже говорит о том, что Стандартная модель работает идеально и ни в каких дополнительных теориях не нуждается.
Но сторонники суперсимметрии не сдавались: эксперименты в коллайдере продолжают проводиться, и недавно учёные объявили о результатах одного из них. Физики в ЦЕРНе стали свидетелями крайне редкого явления — распада Bs-мезона (частицы, состоящей из пары кварк-антикварк) на два мюона (эдакого очень тяжёлого электрона).
Учёные собрали данные экспериментов, полученные на Компактном мюонном соленоиде и самом БАКе, и проанализировали их с помощью сверхмощных компьютеров. Такой распад Bs-мезона происходит далеко не каждый раз. Чтобы стать свидетелем этого явления, нужно рассмотреть огромное множество распадов, и лишь в трёх случаях из миллиарда Bs-мезон распадётся на два мюона. Коллайдер провоцирует сотни миллионов столкновений частиц ежесекундно, а значит, исследователям нужно проанализировать триллионы случаев взаимодействий частиц, чтобы добраться до распада Bs-мезона.
“По сравнению с охотой на такой редкий распад поиск иголки в стоге сена кажется простой задачей”, — заявили физики в пресс-релизе БАКа.
Но сложная задача была выполнена, и распад проинспектировали особенно тщательно. Он прошёл как по учебнику, а точнее, именно так, как предсказывала Стандартная модель. Это в очередной раз подтвердило, что она работает, а теория суперсимметрии не пригодилась.
Казалось бы, зачем пытаться опровергнуть работающую теорию? Дело в том, что она предельно точна, когда речь идёт об элементарных частицах и их взаимодействиях, но существенные недостатки у неё тоже есть. Стандартная модель не описывает такую силу, как гравитация, а также, согласно ей, никакой тёмной материи и тёмной энергии существовать не должно. Мы видим лишь 5% от всей существующей материи и энергии, и только на этих пяти процентах и работает Стандартная модель. Более того, она не объясняет главного — преобладания вещества над антивеществом. Вот почему учёные стараются её либо опровергнуть, либо расширить. В научных кругах это называется поиском “новой физики”.
“Анализ этого крайне редкого распада показал, что поиск новой физики и доказательств суперсимметрии будет очень сложным. Наша команда учёных с нетерпением ждёт нового запуска Большого адронного коллайдера, только с ещё более высокими энергиями. Надеюсь, мы вскоре сможем выяснить, почему новая физика так усердно от нас прячется”, — говорит Валь Гибсон (Val Gibson), глава Кэмбриджской группы физики частиц и участница эксперимента на БАКе.
До тех пор, пока каждый эксперимент будет лишь доказывать работоспособность Стандартной модели, а теория суперсимметрии и новая физика будут существовать лишь на словах, загадки космоса разгадать будет невозможно. Но самое забавное, что к таким загадкам относятся не только антивещество, тёмная материя и тёмная энергия, но и самая привычная физическая сила — гравитация. Ждём результатов дальнейших экспериментов.