Теория струн была некогда главным кандидатом на роль объединителя всех сил природы в рамках единой теории всего. Однако ее подвела гибкость, позволяющая объяснить практически все — такую гипотезу невозможно доказать или опровергнуть. Авторы нового исследования пошли от обратного и принялись искать то, чего она доказать не может. Это привело их к странной группе частиц из пяти членов, которая — если ее удастся обнаружить с помощью Большого адронного коллайдера — могла бы серьезно взбодрить теорию струн и даже дать ключ к тайне темной материи.
Современная фундаментальная физика покоятся на двух основных теориях. Первая — Стандартная модель, которая объясняет все известные частицы и три из четырех взаимодействий. Вторая — общая теория относительности, которая описывает гравитацию и свойства пространства-времени. Как известно, две эти теории не подходят друг другу, поскольку говорят на разных математических языках. Теория струн пытается это исправить. Она представляет, что все частицы — это крошечные вибрирующие струны, и предполагает, что пространство имеет дополнительные скрытые измерения, 10 или 11 штук. Хотя математика в этой гипотезе работает прекрасно, проверить ее трудно.
Цифровой прорыв: как искусственный интеллект меняет медийную рекламу
По этой причине авторы исследования, физики из США, использовали другой подход, сообщает Science Daily. Они искали в частицах закономерности, которые не могут возникнуть ни в одной из известных версий теории струн. И действительно, обнаружили отсутствующую группу из пяти связанных между собой частиц, известную как пятичленный мультиплет (5-плет). В нее входит майорановский фермион, частица, которая является своей собственной античастицей.
Исследователи просмотрели все известные конструкции в теории струн, но не смогли найти ни одной, которая производила бы эту структуру из пяти членов.
Если она будет обнаружена, последствия могут быть двоякими. Во-первых, это будет означать, что текущие модели теории струн неполны или неверны, потому что они не могут объяснить существование такой частицы. Это заставит физиков переосмыслить одну из самых амбициозных теорий в науке.
Во-вторых, майорановский фермион в 5-плете — многообещающий кандидат на роль темной материи, невидимой субстанции, составляющей около 85% материи Вселенной. До сих пор темная материя не была обнаружена напрямую, но если 5-плет будет найден, это может измениться.
Теперь задача ученых состоит в том, чтобы выяснить, существует ли в реальности загадочное семейство из пяти частиц. Возможно, ответ сможет дать БАК, но это будет непросто, поскольку эти частицы должны быть чрезвычайно тяжелыми, примерно в 10 000 раз массивнее протона. Это означает, что вероятность их появления при столкновениях чрезвычайно мала. Кроме того, они почти сразу будут распадаться, оставляя после себя слишком слабые сигналы.
«Если мы обнаружим 5-плет, мы убьем одним выстрелом двух зайцев: опровергнем ключевые предсказания теории струн и одновременно обнаружим новые подсказки о темной материи», — сказала Ребекка Хикс из Пенсильванского университета, один из авторов исследования.
Ученые уже провели предварительные поиски сигнатур 5-плетов в данные ATLAS, одного из детекторов БАК, и изучили результаты других экспериментов. Никаких сигналов найдено не было, но они смогли установить нижний предел массы: если эти частицы существуют, они должны быть тяжелее 650–700 ГэВ, что примерно в пять раз тяжелее бозона Хиггса.
Квантовая механика делит все наблюдаемые частицы на две группы: бозоны и фермионы. Авторы нового исследования, физики из США, исследовали с помощью математических инструментов вероятность существования третьей группы частиц. И пришли к выводу, что такая возможность присутствует.
