Тайны открытий XX века - Александр Волков

В основе теории Суперсимметрии также лежит идея о фундаментальном родстве бозонов и фермионов. Лишь стремительное расширение Вселенной и ее охлаждение нарушили Великую Симметрию, царившую в мироздании в первые доли мгновения после Большого Взрыва.

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.

Как отмечают специалисты, эта гипотеза позволяет избавиться от одного из минусов Стандартной модели — от невыполнения законов симметрии, предписываемых ею природе. С учетом суперсимметричных частиц (суперчастиц) эти законы выполняются.

Данные частицы еще предстоит открыть. Однако ученые уже давно раздают им имена. К суперсимметричным частицам, соответствующим фермионам, добавляют предлог «с», а к суперсимметричным напарникам бозонов — суффикс «ино». Так, в пару к электрону подобрали сэлектрон, в пару к мюону — смюон, кварки дополнили скварками, нейтрино — снейтрино, суперсимметричный фотон назвали «фотино», ну а двойником еще не открытого хиггс-бозона стал хиггсино.

В лаборатории CERN готовятся к поискам хиггс-бозонов и суперсимметричных частиц. В 2007 году в физике грядет новая эпоха открытий? 

По одной из моделей — Минимальной суперсимметричной стандартной модели элементарных частиц — наименьшая масса снейтрино может составлять около 50 гигаэлектронвольт, в то время как масса сфермионов превышает 1000 гигаэлектронвольт.

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. Если мюон взаимодействует с суперчастицами, всеми этими слептонами и сэлектронами, то его магнитные свойства обязательно будут отличаться от тех, что были бы у него, взаимодействуй он только с обычными частицами.

Возможно, эта гипотеза, а также правота авторов теории струн, окончательно подтвердится после 2007 года в экспериментах на новом коллайдере. Пока же теоретикам остается лишь мечтать. «Если будут открыты суперсимметричные частицы, наука совершит грандиозный шаг вперед», — говорит немецкий физик Херман Николаи. А Джон Шварц 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».

«Если будут открыты суперсимметричные частицы, наука совершит грандиозный шаг вперед», — говорит Херман Николаи

В комментарии к Брукхэйвенскому эксперименту, опубликованному на страницах журнала «Знание — сила», Рафаил Нудельман писал: «Переход от Стандартной модели к Суперсимметрии будет, конечно, концептуальной революцией. Если она произойдет, то затронет всю физику, от теории элементарных частиц до астрофизики и космологии».

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, темная материя может состоять именно из таких частиц. Открытие Суперсимметрии придаст также новый импульс поискам единой формулы мироздания.

Вот что писали по этому поводу в январе 2001 года на страницах «Physikalische Blaetter» Гудрид Моортгат-Пик из Венского университета и немецкий физик Петер Цервас: «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».

Новый век начался в ожидании великого открытия. Час его приближается…

1.6. А ПОЛЕТАТЬ НАЯВУ ХОТЕЛОСЬ БЫ!

Гравитация — самая слабая из известных нам сил, хотя ее проявления мы ощущаем на каждом шагу. Стоит споткнуться или выронить чашку из рук, как мы немедленно понимаем: во всем виновата гравитация. Предполагают, что она порождена снующими всюду «частичками гравитации», аналогичными частицам света — фотонам. Однако природа гравитонов не ясна, хотя их существование убедительно объясняет действие силы тяжести, феномен инерции и релятивистское возрастание массы.

След яблока давно простыл?

Ни об одном физическом феномене не известно так много и в то же время так мало, как о гравитации. Мы все, в любой момент времени, испытываем действие этой силы на себе. Однако ее природа и механизм ее действия до сих пор непонятны.

Конечно, четвертый закон Ньютона помнят многие. Сила взаимного притяжения двух тел прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. И все помнят апокрифический анекдот, связанный с этим законом, — впервые его рассказал в 1728 году Генри Пембертон, биограф знаменитого физика.

По теории Ньютона, два тела притягиваются друг к другу так, словно они соединены резиновой лентой 

Летний отдых в саду. Мечтания Ньютона грубо прерваны яблоком, упавшим ученому на макушку. Возмущение. Озарение. След яблока на голове Ньютона давно простыл, а идея пережила века, впечаталась в миллиарды учебников, втемяшилась в миллиарды голов. Столетиями без обиняков рассказывали этот милый анекдотец, хоть правды в нем не было ни на йоту, а кое-кто до сих пор сомневается в правоте выводов Ньютона относительно природы гравитации. Согласно его теории, два тела притягиваются друг к другу так, словно они соединены резиновой лентой. С математической точки зрения, эта теория очень проста; она практически точно описывает все наблюдаемые феномены. Ее правота подтверждена и расчетным путем (вспомните планеты, открытые астрономами «на кончике пера»), и на практике (иначе невозможны были бы космические полеты).

Для нас ньютоновская теория тяготения — те же «дважды два» из области физики. Мы воспринимаем ее как нечто само собой разумеющееся. Современники Ньютона встретили ее с недоумением. Сразу посыпались вопросы. И чаще всего такой: «Почему сила тяготения действует бесконечно быстро?» Ньютон не нашел ничего лучшего, как представить гравитацию промыслом Божьим. Именно дух Господень пронизывает все мироздание и скрепляет его — гипотеза хоть и благочестивая, но не имеющая отношения к науке.

Согласно Эйнштейну гравитация — это результат искривления пространства 

Лет через двести после появления четвертого закона Ньютона, когда была точно измерена орбита Меркурия, зародились первые сомнения в его универсальности. В 1915 году Альберт Эйнштейн разрешил видимые противоречия, установив, что при скоростях, близких к скорости света, поведение тел меняется, а потому и закон всемирного тяготения выражается несколько иной формулой, чем было известно со времен Ньютона.

Согласно Эйнштейну, гравитация — это результат искривления пространства. Представьте себе, что космос похож на огромное, туго натянутое резиновое полотнище. На нем лежат металлические шарики разной величины. Будем считать их небесными телами. Под их весом в полотнище возникают углубления — эти искривления и есть «гравитация». Чем массивнее шарик, тем глубже «впадина» под ним. В эту ложбинку в пространстве-времени поневоле скатывается все, что приблизится к шару. Гравитация, говорит Эйнштейн, это пространственная геометрия. Однако у современных физиков есть немало вопросов и к этой теории. Мы не можем пока описать действие гравитации в микромире. Эта область мироздания подчиняется законам квантовой механики, а потому частицы взаимодействуют здесь иначе, нежели мы привыкли себе представлять.

Неслучайно в последнее время вновь пробудился некоторый интерес к гипотезе швейцарских ученых XVII — XVIII веков Николя Дюилье и Жоржа Лесажа. Ее английское название — «Pushing Gravity» — можно перевести как «гравитация — это давление».

Основная идея подкупающе проста. Тела не притягиваются, а придавливаются друг к другу бессчетными невидимыми частицами, снующими всюду. Они в чем-то аналогичны частицам света — фотонам. Любое тело равномерно окружено потоками этих частиц. Между любыми двумя телами возникает «гравитационная тень» (она подобна «световой тени», отбрасываемой нами в солнечный день), ведь, оказавшись сравнительно близко друг от друга, они перегораживают часть этих потоков. Количество «частиц гравитации» вокруг любых двух тел заметно больше, чем между ними. Так создается перепад давлений — та самая сила тяготения.