Многие физики будут утверждать, что последние несколько лет оказались чрезвычайно интересными с точки зрения фундаментальной науки, учитывая широко известное открытие в 2012 году бозона Хиггса благодаря Большому адронному коллайдеру, за которым в 2016 году последовало обнаружение гравитационных волн в LIGO (Лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории), США. Но правда в том, что оба эти учреждения, пусть даже имеющие чрезвычайное значение, всего лишь подтверждают предположения, уже давно выдвинутые теоретиками – 50 лет назад в случае с бозоном Хиггса и целый век в случае с гравитационными волнами. Я знаю, что это звучит более чем снисходительно, и совсем не хочу приуменьшить значение выдающихся достижений физиков-экспериментаторов, которые сыграли свою роль в этих двух замечательных открытиях. Однако, когда я говорю «всего лишь», я имею в виду, что мало кто из физиков сомневался, что эти предположения будут подтверждены. В случае с Хиггсом, хотя открытие бозона Хиггса в 2012 году и было уже на следующий год отмечено Нобелевской премией, премия все-таки досталась теоретикам, в 1960-е годы предложившим эту идею, а не экспериментаторам, которые получили подтверждение идеи.

Похоже, что сейчас я должен провести более четкую границу между открытием бозона Хиггса, с одной стороны, и гравитационных волн – с другой. Первое ни в коем случае не было предрешенным; некоторые физики, включая Стивена Хокинга, до 2012 года сомневались в его существовании. Наоборот, открытие гравитационных волн оказалось совершенно ожидаемым, поскольку его предсказывали не только на основании общей теории относительности, но и непосредственно наблюдали много лет назад при изучении поведения двойных пульсаров (пар нейтронных звезд, вращающихся вокруг друг друга).

Вообще-то, если взглянуть на последние лет тридцать и проанализировать самые интересные открытия в области теоретической физики, такие как верхний кварк, конденсаты Бозе – Эйнштейна, квантовая запутанность, слияния нейтронных звезд и экзопланеты, можно с уверенностью утверждать, что ни одно из них не было совершенно неожиданным. По сути, только одно открытие в области физики за этот период оказалось таковым (во всяком случае, для астрономов, если не для всех космологов) – это открытие в 1998 году темной материи. В иных случаях, когда дело доходит до тестирования наших теорий и моделей на дальних рубежах фундаментальной физики – в квантовых и космических масштабах, всюду царит экспериментальная тишина. Многие идеи и спекулятивные теории, о которых я упоминал в этой главе, вполне могут оказаться верными. Однако стоит подчеркнуть, что традиционные виды экспериментов, которые до сих пор позволяли подтвердить или отвергнуть какую-нибудь научную теорию, вряд ли в будущем помогут нам удостовериться в верности новых идей.

Когда в 2010 году запустили Большой адронный коллайдер (БАК), он просто стал последним из целого ряда ускорителей частиц, которые начали создавать почти за 100 лет до этого, сталкивая субатомные частицы на все более высоких энергетических уровнях. Физики уже давно ожидали введения в строй самого мощного коллайдера в надежде, что он поможет ответить на ряд насущных вопросов и избавиться от белых пятен в Стандартной модели. Но прежде всего этот коллайдер должен был обнаружить бозон Хиггса, что он и сделал – безусловно, большой успех и оправдание огромнейших затрат на проект. Но с тех пор больше ничего не было обнаружено, и стало нарастать разочарование как со стороны ученых, работающих в других областях и завидовавших финансированию ЦЕРН, так и со стороны физиков-теоретиков, которые с нетерпением ожидали подтверждения своих последних прогнозов.

А как насчет самого бозона Хиггса? Какие новые откровения относительно природы материи связаны с ним? Стоит отметить, что бозон Хиггса – это лишь проявление (возбуждение) более фундаментального поля Хиггса – еще одного квантового поля, которым пронизано все пространство и которое является элементом Стандартной модели, поскольку то, как остальные частицы проходят через поле Хиггса, обусловливает наличие у них массы. Например, бозоны W и Z, носители слабого взаимодействия, без него не имели бы массы, и именно механизм Хиггса объясняет, как они ее приобретают – через взаимодействие с полем Хиггса определенным образом, чего не может, например, сделать фотон.

Решающее доказательство существования поля Хиггса было найдено не с помощью непосредственного его наблюдения, а опосредованно, с помощью создания едва уловимого кванта этого поля – бозона Хиггса.

Открытие бозона Хиггса было замечательным достижением. Однако, по правде говоря, эту галочку стоило поставить давно. Поле Хиггса завязано на Стандартную модель, которая тем самым получила надежное подкрепление. Но дело в том, что это открытие не дало никаких новых перспектив в области фундаментальных физических исследований, поскольку не продвинуло наши познания за пределы уже известной нам физики. Стандартная модель остается теми рамками, в которых мы трактуем компоненты материи, однако эта теория не отличается стройностью или прогностической способностью.

Конечно, предстоит еще «просеять» много данных, полученных во время последнего прогона БАКа в декабре 2018 года, так что мы еще можем обнаружить что-то новое. Однако факт остается фактом: перед нами стоит множество вопросов, и для этого, вероятно, придется выйти за пределы того, что может БАК. Почему гравитация настолько слабее, чем другие силы? Почему существует всего три поколения кварков и лептонов? И откуда берется сама масса бозона Хиггса? Возможно, самый насущный вопрос, а поэтому и самый неприятный, поскольку ответ так и не найден: суждено ли нам найти доказательства существования суперсимметрии?

То, что мы хотим, чтобы теория суперсимметрии оказалась верной, не делает ее таковой. Конечно, она решает много проблем и помогает многое понять. К тому же она изящна, логически выстроена и приятна с эстетической точки зрения. Но чем дольше мы не можем найти экспериментального подтверждения теории струн, тем большее разочарование это вызывает. В то же время критики теории утверждают, что эта область привлекает самые умные головы, потому что с ней связаны хорошие рабочие места. Молодые исследователи чувствуют себя увереннее, когда идут по пути, проложенному их наставниками: понятно их опасение потерять финансирование и возможность продвигаться по службе. Тем временем физические факультеты университетов, конкурируя в борьбе за скудные ресурсы, рассматривают теорию струн как дешевый способ оставаться в авангарде физических исследований. Но пока движение вперед идет очень медленно и нет никаких экспериментальных данных, которые подкрепили бы усилия исследователей, голоса оппонентов будут звучать все громче.

Некоторые могут полагать, что если теория суперсимметрии верна, то БАК уже должен был найти этому подтверждение. Самый элементарный класс моделей суперсимметрии (то, что называется ограниченной минимальной симметрией) уже начинает вызывать сомнения. Однако это не означает, что мы отказываемся от идеи суперсимметрии – возможно, мы просто ищем подтверждение не там. В конце концов, эта идея входит в число любимых не только у сторонников теории струн. Более «приземленные» исследователи, занимающиеся физикой частиц, также хотели бы знать, является ли наш мир суперсимметричным. Суперсимметрия позволяет нам понять связь между электрослабым и сильным ядерным взаимодействием, описываемым квантовой хромодинамикой. Она также объединяет материальные частицы и частицы – носители взаимодействия. С ее помощью даже можно объяснить, почему бозон Хиггса обладает определенной массой. Но решение всех этих проблем нивелируется появлением новых: если верить теории суперсимметрии, существует целый ряд частиц, который нам еще предстоит открыть.

Конечно, следует добавить, что если мы докажем верность теории суперсимметрии, то получим неплохой бонус: самая легкая из этих частиц, существование которых нам еще предстоит подтвердить, абсолютно подходит на роль основы для темной материи.