Удивительные числа Вселенной - Антонио Падилья

мире сьюзи электрон соединяется с суперчастицей: новым бозоном, называемым сэлектроном[135]. Предполагается, что он и электрон имеют одинаковую массу и одинаковый электрический заряд. Но хотя мы видели множество электронов, никто никогда не видел сэлектрон. Это может означать только то, что сьюзи не совсем идеальна. В нашем повседневном мире она сломана или скрыта, а проявляется только тогда, когда мы вглядываемся в физику в самых мелких масштабах. Иными словами, когда мы сталкиваем объекты с очень, очень высокими энергиями. Такая нарушенная симметрия приводит к тому, что сэлектрон, хиггсино и все прочие суперчастицы оказываются намного тяжелее, чем были бы в противном случае. И чем сильнее нарушается суперсимметрия, тем тяжелее они становятся.

Чтобы обнаружить сьюзи, нам нужно искать эти суперчастицы, а значит, для их создания требуется достаточно много энергии. Прямо сейчас, глубоко под горами в ЦЕРН, в Большом адронном коллайдере почти со скоростью света летают протоны. Когда они врезаются друг в друга, то воссоздают крики младенческой Вселенной. Энергия при каждом лобовом столкновении составляет около 10 ТэВ — то, что вы получите, когда комар столкнется с высокоскоростным поездом. Я всегда считал это сравнение несколько разочаровывающим, но помните, что в Большом адронном коллайдере вся эта энергия исходит от столкновения всего лишь двух невообразимо крохотных протонов. Чтобы придать описанному событию ту влиятельность, которой оно действительно заслуживает, подумайте так: если все протоны в вашем теле столкнутся подобным образом, то они высвободят примерно в 20 000 раз больше энергии, чем дало извержение вулкана Кракатау в 1883 году.

Когда дело касается сьюзи, важно то, что 10 ТэВ примерно в 10 млн раз больше массы электрона и примерно в 100 раз больше массы бозона Хиггса. Однако мы никогда не получали намеков на существование ни сэлектрона, ни хиггсино, ни любой другой суперчастицы. В простейших моделях это может означать только одно: суперчастицы слишком тяжелы, чтобы возникать при таких столкновениях. Это тревожит. Помните, мы хотим доказать, что хиггсино — ангел-хранитель бозона Хиггса, а их массы связаны. Однако эксперименты в ЦЕРН, похоже, предполагают, что хиггсино минимум в 100 раз тяжелее, чем нам хотелось бы. Возможно, бозон Хиггса не обязан быть таким же тяжелым, как мимарида, но в этих простых моделях он должен оказаться минимум в 100 раз тяжелее, чем на самом деле. Это, безусловно, серьезное улучшение, но все же несколько неестественное.

Все очень надеялись, что ЦЕРН обнаружит сьюзи. Достаточно было со смаком столкнуть два протона. Дело не только в том, что суперсимметрия сохраняла естественность и решала головоломку с неправильной массой Хиггса. Она также решала проблему темной материи, предложив в качестве идеального кандидата легчайшую суперчастицу; казалось, что это изящно указывает на дальнейшее объединение, на общее происхождение трех из четырех фундаментальных взаимодействий. При таком хет-трике впечатляющих успехов сьюзи просто обязана была оказаться правильной. Однако ЦЕРН этого не увидел. Ученые начали сомневаться в мотивации для суперсимметрии. Стали искать темную материю в других местах. И иначе думать об объединении.

А сейчас есть даже те, кто готов отказаться от естественности.

Но не все. Во всяком случае, пока. Наука приучила нас искать причины всех неожиданностей. Числа редко бывают слишком большими или слишком маленькими. Поэтому, когда кто-то говорит, что масса бозона Хиггса составляет 0,0000000000000001 от ожидаемой, большинство физиков стремятся найти этому объяснение.

Мы многое перепробовали, но истину пока не нашли. Пробовали дополнительные измерения. И сьюзи. Даже пытались разбить бозон Хиггса на крошечные кусочки. Все это очень хитроумные способы сохранить естественность, но природу это, похоже, не волнует. На данный момент бозон Хиггса — по-прежнему выигравший гонку аутсайдер, на которого ставили десять миллионов миллиардов к одному, и никто не знает почему.

Однако соотношение десять миллионов миллиардов против одного — это еще маленькая проблема с естественностью. Теперь расскажу вам о большой.

10^(–120)

Смущающее число

В гамбургском ресторане «Херлин» разговаривали два человека. В 1920-е вся городская элита приезжала сюда, в ресторан элегантного роскошного отеля Vier Jahreszeiten на берегу озера Альстер. Прийти предложил Отто Штерн. Штерн радовался приятным мелочам — хорошей еде, хорошему вину и хорошей компании. Вольфганг Паули мог быть менее разборчив. Конечно, ему нравилось очарование этого места, но отсюда было далеко до захудалого кабаре в печально известном районе Санкт-Паули, где он выпивал накануне вечером. Там он ввязался в очередную стычку, и над правым глазом все еще был заметен порез. Он сказал Штерну, что упал, — Стерну незачем знать больше. Днем Паули вел жизнь профессора-стоика. По ночам он становился пьющим и скандальным повесой.

Пока физики допивали бренди, Штерн взволнованно рассказывал о новой идее, над которой работал: «Говорю тебе, Вольфганг, энергия нулевой точки реальна. Я рассчитал ее влияние на давление паров изотопов неона». Паули уставился на друга неподвижным взглядом. Он сделал глоток бренди, а Штерн продолжал: «Если бы нулевой энергии не было, как ты говоришь, разница в давлении паров для неона-20 и неона-22 была бы огромной. Астон[136] легко разделил бы их, но мы знаем, что он не смог!»

«А как же гравитация, Отто?» — почти без эмоций спросил Паули. Ответа не последовало. Паули достал ручку и блокнот. «Тогда давайте посчитаем». Он начал выписывать какие-то цифры, а Штерн с интересом наблюдал. Через пару минут Паули торжествующе поднял голову. «Видишь, Отто! Если бы энергия нулевой точки была реальной, мир не доходил бы даже до Луны!»

Описанная сцена приправлена драматургическими вольностями, хотя некоторые элементы истории верны. Несомненно, Штерн был жизнелюбом, которого можно было встретить только в лучших ресторанах; иногда он летал из Гамбурга в Вену только для того, чтобы пообедать. Серьезный контраст с Паули, который, как известно, часто посещал бары и бордели Репербана[137], когда оказывался вне поля зрения друзей и коллег. Верно и то, что Стерн сделал все возможное, чтобы убедить своего друга в нулевой энергии, но Паули был непреклонен. Знаменитый расчет Паули и его уничтожающее заключение появились где-то в середине 1920-х, как утверждали два его помощника вскоре после смерти ученого в 1958 году[138].

Но о чем спорили Паули и Стерн? Что это за нулевая энергия?

Как и у Волан-де-Морта, у нее много имен: это энергия нулевой точки, энергия вакуума, космологическая постоянная[139]. Как и Волан-де-Морт, она должна уничтожить Вселенную в момент творения. Не дать возможности сформироваться звездам и планетам. Лишить вас и меня шанса на рождение. И все же каким-то образом мы это сделали. Природа защищает нас от этого темного властелина, этой нулевой энергии и ее жажды устроить Армагеддон. Но никто не знает, как именно. Наше космическое выживание — величайшая загадка всей