Загадки суперсимметричного мира

Пока физики-космологи активно обсуждают новые подходы к физике мик-ромира, некоторые ученые пугают нас падением на Землю метеорита, состоящего из зеркальной материи, а другие предлагают заниматься не частицами, а их математическими связями.

По всей вероятности, значительному пересмотру может подвергнуться так называемая Стандартная модель физики элементарных частиц. Один из главных "звоночков" прозвучал в конце зимы, когда международная исследовательская группа, работающая в Национальной лаборатории Брукхейвен, штат Нью-Йорк, объявила, что при проведении экспериментов с мюонами, получаемыми с помощью самого большого в мире сверхпроводящего магнита, были обнаружены значительные расхождения свойств мюонов по сравнению с теми, что предсказывались Стандартной моделью. По данным ученых, среди которых есть и россияне, поведение спина мюона в сильном магнитном поле оказалось "слегка" отличным от ожидаемого. Это "слегка" равно четырем миллиардным долям предсказанной теорией величины. Однако этого может оказаться достаточно, чтобы дать начало поискам целого мира доселе неизвестных частиц.

Наиболее естественным объяснением этого отличия физикам из Брукхейве-на представляется вклад со стороны не открытых доселе суперсимметричных час-тиц, которые могут виртуально испускать и поглощать мюон. Гипотеза о суперсимметрии утверждает, что каждая известная нам частица имеет своего партнера. Физики Брукхейвена не исключают возможность того, что им впервые удалось зафиксировать влияние суперсимметричных частиц. Так как еще мало что понятно в самой гипотезе о суперсимметрии, то открытие Брукхейвенских исследователей может дать существенный толчок ее развитию.

Любопытно, что суперсимметрия может сказаться не только на уровне мик-ромира. По мнению австралийского физика Роберта Фута из Университета Мельбурна, Земле может угрожать столкновение с крупным метеоритом или даже астероидом, полностью состоящим из невидимой так называемой зеркальной материи. Многим знакомо понятие антиматерии, в которой элементарной частице соответствует частица с противоположным зарядом. В этом случае говорят о зарядовой симметрии. Зеркальная же материя получается при отражении все трех пространственных координат и времени, когда для стороннего наблюдателя левое стано-вится правым, верх низом, а время течет назад. При этом, согласно принципу инвариантности физических законов, они неизменны при одновременном обращении всех видов симметрии.

Несмотря на скептическое отношение многих коллег к его предположениям, Фут считает, что знаменитый Тунгусский метеорит мог быть ничем иным, как огромной глыбой зеркальной материи. В обычных условиях зеркальную материю невозможно зафиксировать. "Только после столкновения с земной атмосферой появятся наблюдаемые последствия, но, возможно, тогда будет слишком поздно", говорит физик. Поэтому он полагает, что астероиды из зеркальной материи могут представлять значительно большую угрозу, чем обычные малые планеты. Ученый говорит, что такое вещество "обязано существовать, раз существуют симметрии, по которым материи все равно, движется ли она вперед или назад во времени, и Природа не различает между левым и правым направлениями движения". Это живым существам нашего привычного мира нужно строгое движение вперед во времени или по разным направлениям. Однако все это не имеет никакого значения для элементарных частиц, из которых состоят эти живые существа.

Однако согласно модным гипотезам об основах нашего мира, он не только может представлять собой смесь "нормального" вещества, антиматерии, зеркальной и так называемой скрытой материи, но может быть громадным скоплением всякого рода струн. На протяжении большей части прошлого века физики бились над задачей объединения всех четырех типов взаимодействия - сильного, слабого, гравитационного и электромагнитного. К этой цели теоретики продолжают двигаться с разных сторон. Одним из направлений и является теория струн, пронизывающих все и вся.

Вначале ее сторонники полагали, что вся Вселенная пронизана десятимер-ными вибрирующими узлами размером в миллионную триллионной доли размера протона. Каждой элементарной частице соответствуют свои вибрации струн, что теоретически может позволить одной стройной теорией объяснить все много-образие мира. Теперь "струнисты" считают, что самыми элементарными объектами мира являются 11-мерные мембраны, хотя мы-то в нашей обычной жизни можем пренебречь семью измерениями, оставляя привычные для нас четыре.

Самый заманчивый фактор для теоретиков - это то, что вибрации включа-ют в себя все частицы, осуществляющие четыре взаимодействия. Таким образом, теория струн могла бы их объединить. Кроме того, очень привлекательной в тео-рии струн выглядит возможность "естественной" интерпретации результатов не-которых экспериментов, которые в настоящее время можно объяснить, только замахнувшись на такие "устои" современной физики, как, например, неизменность во времени констант четырех фундаментальных взаимодействий. То есть эта теория может позволить сохранить представления о том, что в течение всего развития нашей Вселенной основные характеристики сильного, слабого, электромагнитного и гравитационного взаимодействия оставались неизменными.

Правда, на этом чудеса физики микромира не кончаются. Математики тоже стараются внести свою лепту в объяснение мироздания. Фрэнк Уилчек из Мичиганского технологического институ-та недавно был свидетелем того, как с помощью формул масса сама себя изничтожила. Он использовал уравнения квантовой хромодинамики, описывающих поведение кирпичиков элементарных частиц - кварков, для расчета массы прото-на и нейтрона. Уилчек смог получить правильный ответ, даже если полагал, что кварки, составляющие протоны и нейтроны, не имеют никакой массы. Уилчек считает, что массу порождает не масса кварков, а их "ассортимент" в конкретной частице. По его мнению, которое разделяет целая группа теоретиков, физика микромира больше не должна заниматься частицами как таковыми, а должна сосредоточиться на их математических связях, в частности симметриях, которые остаются неизменными в любых условиях.

С развитием науки и выработкой все новых теоретических и экспериментальных методов изучения мира элементарных частиц меняются представления ученых об окружающем мире. Сначала они ввели понимание о том, что основой Вселенной является вакуум, пузырящийся мгновенно возникающими и также мгновенно исчезающими виртуальными частицами. Теперь применение новых математических подходов приводит к сокращению области физических реалий, которые постепенно превращаются в математические функции.

перейти к началу страницы