Алексей Алексенко /

Новые закрытия в физике, или Темное остается темным

Результаты эксперимента на Большом адронном коллайдере с огромной точностью подтвердили, что физики пока ничего не понимают

Фото: Getty Images/Fotobank
Фото: Getty Images/Fotobank
+T -
Поделиться:

Этим летом одна девушка как-то говорит: «Приходи ко мне в гости, расскажешь про темную материю».

Ну, я, конечно, сразу начал об этом думать. Лежу этак в ванне и размышляю про суперсимметричные частицы под названием «зИно» и «вИно», и как я буду ей про них рассказывать. Так ничего и не вышло из этого плана. И хорошо, что не вышло: похоже, суперсимметричные частицы тут вообще не у дел.

Но по порядку.

В физике много тайн. Вот, например, одна тайна: массу всей материи на свете проще всего определить по притяжению (ну, как массу бараньей ноги на рынке определяют по притяжению ее Землей). У притяжения много разных эффектов: можно измерить, как галактики притягивают летающий вокруг них хлам, или как вся Вселенная притягивает саму себя и не дает себе разлететься слишком быстро. И в общем цифры все сходятся: получается какое-то общее количество всего на свете, в килограммах. Проблема в том, что непонятно, из чего эти килограммы складываются: того, что мы знаем (суммы всех бараньих окороков, планет, звезд и межзвездной пыли) далеко не достаточно, чтобы дать такую огромную массу. Ага, сказали ученые, кроме обычной материи должна существовать какая-то ТЕМНАЯ материя. Ее должно быть много, и она притягивает другую материю по законам гравитации, но больше никак себя не проявляет и ни с чем не взаимодействует. То есть проходит сквозь нас как нож сквозь масло и свет не заслоняет. Что бы это могло быть? Тайна номер раз.

А вот тайна номер два: материя, которую мы знаем (звезды, планеты и бараньи окорока), состоит из элементарных частиц. Их описывает так называемая Стандартная модель. В ней на самом деле не так легко разобраться, но вот главное: на свете бывают бозоны и фермионы. Фермионы — это примерно то, что мы называем материей: электроны, нейтрино и два типа кварков, и каждой этой штуки бывает три семейства (поколения), и еще они могут быть обычной материей или антиматерией. Бозоны — это примерно то, что мы называем «полями»: фотоны, глюоны и три типа слабых бозонов, ну и Хиггс, конечно, и, наверное, гравитон... А вот почему фермионы бывают именно такие, а бозоны совсем другие, непонятно, хоть режь. Некрасиво, несимметрично.

Когда физики говорят о симметрии, они имеют в виду довольно сложную математику, но глубоко внизу лежит вполне детское представление: если справа есть башенка, то и слева должна быть башенка. Если слева башенки нет, то либо ее еще не достроили (или она сломалась), либо она, к примеру, на заднем фасаде здания, а мы просто не видим всей картины. Ну как-то так они рассуждают, одурманивая при этом себя формулами.

Вот так и со Стандартной моделью: раз она такая несимметричная, подумали физики, значит, мы просто не видим всей картины. Наверняка есть и другие бозоны и фермионы, причем каждому фермиону соответствует бозон, а бозону — фермион. Тогда все башенки и карнизы складываются в волшебный замысел архитектора. Этот замысел, пока не обнаруженный, назвали суперсимметрией. А не видим мы всех этих недостающих суперсимметричных частиц потому, что они очень тяжелые и нам в наших ускорителях не хватает энергии, чтобы их рожать.

А есть ли они во Вселенной? Где бы они могли прятаться? Ну так вот же где: они как раз и могут быть той самой темной материей! Вот как раз если бы бозонам слабого взаимодействия — W-бозону и Z-бозону — соответствовали какие-нибудь тяжеленные фермионищи, они могли бы быть темной материей, ни с чем не взаимодействующей, но тяжелой. Их даже назвали по первым буквам (и по аналогии с «нейтрино») — «вИно» и «зИно». Там еще и «фотино» был, и «нейтралино», но это сейчас неважно.

И вот пару недель назад обнаружилось, что это все как-то не складывается. Прочитать об этом по-английски — если кого-то мое русскоязычное паясничанье только отвлекает от сути — можно здесь. Дело в том, что на Большом адронном коллайдере обнаружили достаточно редкое событие. Они там сталкивают протоны и ядра, и из образовавшегося месива кварков разлетаются разные частицы. Например, там иногда получается такая штука, состоящая из «странного» кварка и «прелестного» антикварка. Она может распадаться на разные частицы, в том числе — очень редко — на пару мюон-антимюон (мюон — это то же, что электрон, но второго семейства-поколения). Именно такие распады и зафиксировали недавно на коллайдере.

Такое событие происходит редко: согласно данным эксперимента, примерно в трех с половиной случаях на миллиард. С другой стороны, вероятность такого события можно подсчитать на основе квантовой механики и Стандартной модели. Расчет требует учитывать все возможные промежуточные события: например, перед тем, как окончательно распасться на такие-то частицы, наша штука может сперва порождать разные пары частиц, которые будут тут же исчезать, и для точного расчета следует учитывать все возможные варианты (к счастью, чем больше таких промежуточных событий, тем обычно меньше их вклад в конечный результат). Но чтобы учесть все варианты, надо точно знать, какие бывают частицы. А каких не бывает никогда.

Ну так вот, расчет на основе Стандартной модели дает для мюонного варианта распада значение «три события на миллиард». То есть: в эксперименте получено три с половиной или чуть меньше, теория дает три. Это значит, что Стандартная модель — нелепая, асимметричная и непонятно откуда взявшаяся — дает значение, с потрясающей точностью соответствующее реальности. А вот если мы украсим Стандартную модель суперсимметрией — добавим к ней недостающие, по нашему мнению, башенки и карнизы, — результат неизбежно будет другим (обычно получается больше): ведь такую чертову уйму новых частиц придется принимать в расчет. Итак, дорогие суперсимметричные частицы вИно и зИно: кажется, пора с вами прощаться, потому что вас нет и никогда не было. Это еще не окончательно, но это уже очень похоже на правду.

Физики-теоретики очень не любят Стандартную модель, за то что она такая нелепая и непонятно почему именно такая. А физики-экспериментаторы не любят теоретиков и обожают Стандартную модель за то, что по ней все можно рассчитать, и еще за то, что они ее понимают, а того, что придумывают теоретики, понять не могут, хоть режь. Вот один из экспериментаторов, участвовавших в описанном эксперименте на коллайдере, радуется в своем блоге тому, как столь желанная теоретикам «новая физика» получила чувствительный удар от физики старой и привычной.

Я лично не понимаю, чему он так радуется. Мы остаемся при своих непонятках. То есть по-прежнему не знаем, что такое темная материя, если никаких других частиц, кроме включенных в Стандартную модель, не существует. Мне, например, будет обидно, если я так и помру, не узнав, как на самом деле все на свете устроено. Суперсимметрию особенно жалко: они уже успели встроить ее в теорию струн, им придется много всего ломать и переделывать, чтобы как-то починить свое научное мировоззрение.

Эйнштейн как-то ляпнул, что самое удивительное во Вселенной — ее познаваемость. Но еще удивительнее будет, если она познаваема ровно до той степени, которая доступна среднему физику-экспериментатору (Стандартная модель), а на более высоких уровнях Всемогущий Творец просто не озаботился прописать скрипт, то есть на повышенные интеллектуальные запросы физиков-теоретиков махнул Своей божественной рукой. Но если Он так и сделал, это будет новым и необычным доказательством Его существования, мне кажется.

Комментировать Всего 80 комментариев

Хочу сразу же извиниться перед подготовленными читателями за некотокую, так сказать, перепопуляризацию. Я же потому и начал примером с дамой, что именно дамы являются самой желанной для меня аудиторией, я же всегда мечтал написать "Теорию всего сущего в изложении для дам". Ну а если кто-то не дама, в тексте присутствуют необходимые ссылки, восстанавливающие верную картину.

Перефразируя старый анекдот: Так тщательно пережевывал для Прекрасных Дам, что даже сам понял.....

Эту реплику поддерживают: Алиса Маннанова

Перепопуляризация для дам?

Да что тут понимать? "Атомы состоят из ангелов. Я блюю." (с) Евгений Бабушкин

Это гуманитарное вИдение. Я не могу соперничать в этом с Бабушкиным. Я все же тяготею к большей строгости и корректности в отношениях с дамами.

Эту реплику поддерживают: Сергей Любимов

Если не подозревать вас в стереотипизации дам как "нуждающихся в перепопуляризации", то можно подумать, что вы используете свои статьи для "съема". В таком случае, на вкус и цвет товарища нет. Метафоризируйте науку как вам удобно. 

Ой, только что осознала страшную вещь. 

На след неделе одно моё исследование будут станфордским студентам преподавать, вчера сдала слайды, а теперь в ужасе ... там же в аудитории и вьюноши будут, а у меня сплошь цифры да графики.  Никаких танчиков, взрывчиков, обнажённой натуры.  Эх, отобью интерес к ученью.

Эту реплику поддерживают: Алиса Маннанова, Lucy Williams

Мадам, вы, натурально, не понимаете... Я же место уступаю в метро дамам не потому, что они неуклюжие или нежизнеспособные, а потому, что они симпатичные и вообще дамы. Вот ровно эти же соображения требуют от меня разговаривать с дамами доступным языком, не утруждать их мозг нимало понапрасну. А не оттого, что бабы дуры или что-то в этаком ключе.

А юношу поставить в интеллектуальный тупик мне, напротив, прикольно, пусть закаляется духом. Я считаю, и вам, как даме, не следует этого стесняться, это выглядит мило и игриво, когда дама помыкает юношей.

Эту реплику поддерживают: Евгений Бабушкин

тяготею к большей строгости и корректности в отношениях с дамами

Ну судя по тому, в каких категориях Вы про них лежа в ванне размышляете, так оно и есть.

Была я на БАК. Могу сказать, что журналисты, конечно, делают слишком много для популяризации физиков в дамских кругах.

Сидит там толпа скучных мужиков и пялится в компьютеры и на большой-большой экран. 

И даже пресловутого "Бам" нету. Сделали "бам" и сидят полтора месяца ждут пока компьютеры бам обработают.

И вот когда уже все про "бам" и забыли, приходит результат. Физики его смотрят и говорят "епта, помните как мы полтора месяца назад сделали бам, так вот там тогда мюон с антимюоном появились, не поверите!"

А я был на БАК до запуска, когда они монтировали детекторы. Это потрясающая штука. И в туннеле был, где пучки. Там просто снаружи ничего не видно кроме скучных мужиков, и их надо щекотать, чтобы стали нескучными. Не все умеют.

Алексей, не будучи ни физиком-теоретиком, ни физиком-экспериментаром, все же решил вложить свой голос: я за Стандартную Модель :) Не понятно мне почему мир должен быть симметричным. Вот даже наши лица несимметричны. Где вообще - в наблюдаемой нами Природе - есть симметрия? Я могу придумать примеры симметрии, но все они созданы человеком.

Я как раз сегодня говорил об этом с одним читателем. Вот допустим у вас интернет-роман, и женщина присылает вам фотографию, где она в ванной боком перед зеркалом. И это очень красиво, но там справа одно, а слева другое. Несимметрично. Но так красиво, что неизбежно предполагается симметрия. И когда потом после долгого развития истории эта женщина оказывается с вами живой, вы выясняете, что и правда там все симметрично, просто нужно 3D, чтобы это понять.

И так до вскрытия означенной женщины в анатомическом театре. Но, я думаю, существуют и дальнейшие раунды обретения симметрии.

Алексей, попробуйте взять половину лица, симметрично его отразить и создать полное лицо из этих двух половин. То же верно и про женщин! Красивые женщины не могут быть полностью симметричны. Родинка должна быть над левой губой!

Две симметричные родинки? - Ужас!

Это спонтанное нарушение симметрии, потенциал Хиггса и вся фигня, без него конечно никаких атомных ядер бы не было, и женщин, и родинок :-)

Эту реплику поддерживают: Степан Пачиков

Алексей,

Мне кажется, что суперсимметрия и темная энергия это разные вещи. "Темные" частивы взаимодействуют со всем остальным миром только через гравитацию, поэтому их глазом и не видно, а постулированные суперпартнеры взаимодействуют также, как их партнеры и поэтому "темными" никак быть не могут.  

Вам абсолютно виднее, конечно. Но вон Брайан Грин пишет что зино прекрасный кандидат на темную материю.  Для меня было бы очень глупо оспаривать его мнение. Вам-то можно.

А, может быть, если зино это суперпартнер нейтрино. Оно участвует только в слабых взаимодействиях, поэтому его должно быть плохо видно. 

Да, если суперсимметрия рухнет, будет трудновато. Но и интересно! 

Эту реплику поддерживают: Алексей Алексенко

Это суперпартнеры Z-бозонов. 

Кому интересно, а кому тревожно и обидно, что жизнь проходит и по-прежнему ни хрена не понятно. И спасибо за книжку огромное, кстати, она отчасти примиряет с этим подвешенным состоянием ума :-)

А, вы прочли книжку? Очень рад.

Ну вот же и сайнтифик америкен пишет, мол, Just last week, particle physics discoveryfrom the Large Hadron Collider in Switzerland cast doubt on a theory called supersymmetry, which predicts the existence of particles that are among the leading candidates for dark matter. http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=dark-matter-mystery 

это над верхней. *вогналась в краску, закрыла лицо руками и убежала*

Эту реплику поддерживают: Степан Пачиков, Владимир Генин, Сергей Любимов

имелось в виду: "над левой половиной верхней губы". 

для краткости написал "на левой губой"

думал, что будет понятно

ошибся

Ах!

просто захотелось поострить в пятницу вечером, простите :)

Эту реплику поддерживают: Степан Пачиков, Сергей Мурашов

"Симметрии - нет" сказал мудрец брадатый ...

Простите, но у меня еще день пятницы  (почти четыре пиэм) и заострять ее еще очень рано.

Но мы отвлеклись, а говорить нужно о симметрии и том, что в природе ее не существует, а есть только в головах людей, иначе Алексей нас забанит и мы сможем приходить к нему в гости, так как сильно на него обидимся.

с симметрией та же шляпа, что с формой светил и планет. Ежу понятно, что Земля ничерта не круглая. Потому что на ней растут Гималаи, а с полюсов она сплющена слегка. Но для простоты принято считать, что она круглая. 

И барышня вами любимая тоже симметрична снаружи, если не вдаваться в детали. Ну родинка, ну кариес. Если бы у нее два глаза было на одной стороне, как у камбалы, и язы рос из уха - совсем другое дело.

Эту реплику поддерживают: Владимир Генин, Сергей Мурашов

Нужно два зеркала, одного мало.

Дык беда в том, что и симметрия тоже симметричная лишь в идеале. А в реале у всех есть мелкие недостатки. Но это же полный кошмар - представить себе, что Единая Теория Всего симметрична не более, чем любая женщина или мужчина. Но для понимания ее надо понимать конкретную женщину или мужчину, ассиметрия которых вносит куда больше проблем доля понимания, чем симметрия универсума.

но есть же разница, симметрична вселенная как средняя женщина, или совсем непредсказуемо бесформенна. 

Если симметрична, но с погрешностями, ее уже можно как-то описать: тут руки, тут ноги, тут глаз - значит и там глаз, например. А погрешности не описывать пока. Женщины вот тоже не все свои погрешности описывают.

Боюсь, что пока мы будем описывать вселенную - она пройдет путь от симметрии юности к бесформенности старости )

По-моему на крайне правой фотографии Кроуфорд все же очень красива, хоть и без родинки "на левой губе"

Cindy Crawford - лет десять-пятнадцать тому назад она была известной моделью. сейчас у нее свой бизнес в области дизайна квартир

я с нею не знаком :)

Кстати, по ссылке все правые портреты красивые. 

Исходник красивее, середина дебильнее, правая знойнее

Ну ясен пень - потому и привлекает.

Идеал бесчеловечен, а симметрия идеальна!

Симметрия скучна, так как предсказуема!

И это тоже!

Только вот политики бы это еще поняли ...

"над левой губой"

Видимо, имелись в виду половые губы?

Ну все ж лучше, чем вогналась в руки, закрыла лицо родинкой и убежала

Не надо придираться к словам. Я вот чуть не написал "на левой спине родинка сверху а на правой справа", но потом понял что это какая-то фигня, потому что симметрия уже нарушена маманегорюй.

Алексей, я начинаю переживать за знакомых Вам лично дам...

А я-то как о них беспокоюсь! Вот только что с одной кофий пил, так весь извелся, не дай Бог что.

Эту реплику поддерживают: Лена Де Винне

В кристаллических структурах - от поваренной соли до снежинки - все основано на симметрии.

Эту реплику поддерживают: Степан Пачиков

Алексей, а со струнами-то как? Струновую теорию пока не разнесли в щепки? А то вообще ничего не понятно становится. Еще хуже, чем с наличием всех этих нейтралино, фотино, буратино с тарантином и прочих симметричных штук.

Как страшно жыть... Вам еще повезло с этим -" А то вообще ничего не понятно становится." А тут всю жизнь работаешь, что -то реально познаешь, поскольку изначально все было непонятно. А результат еще хуже, чем у тех, кто никогда ничего не понимал.

Эту реплику поддерживают: Владимир Генин

Живут же люди. Знают, что все создал бог, и не твое собачье дело, как.  И плевать, чем там ученые в своем коллайдере занимаются, лишь бы не рукоблудием.

Эту реплику поддерживают: Владимир Генин, Сергей Любимов, Сергей Мурашов

И плевать, чем там ученые в своем коллайдере занимаются, лишь бы не рукоблудием.

Я бы заметил, что и в этом случае онирасширяют горизонты человеческого восприятия. (с немалым риском для себя!!!)

И плевать, чем там ученые в своем коллайдере занимаются, лишь бы не рукоблудием.

Пока не запретили им, из политических соображений, о чём Усков тревожно печётся, пусть балуют. 

Хотя перед смертью и не надышышься.

Струновая пока вроде ничё так. А мы сейчас о чем разговаривали?

Хорошо сказано, пусть и не патриотично.

У вас много маленьких родинок. У патриотичных вообще не знаю что есть: принципы, может быть?

ну как же их много может быть? У меня вот одна. В которой я 18 лет не была, и вспоминаю только когда родную речь слышу от ребят, отколупывающих снег с тротуаров.

Это Родина, грёбаный Узбекистан. А родинок больше. Ну, Рославль, Автозаводская. Бомбей наконец. Сверху, справа, два зеркала нужно.

родина - это где родился. Я рождалась один раз, не знаю, как у вас тут принято.

Остальное - временные пристанища. Этапы большого пути.

Я ж об этом и говорю, родина одна, родинок две или больше. Сама же и запуталась в собственных тенетах что твой узбек в лопате. Спать надо, думаю.

Родина - это в которой родился, вырос, пришли враги - взял ружье и умер за нее с простреленной простатой.

А родинка - в которой родился по-быстренькому и поскакал дальше по миру. 

Эту реплику поддерживают: Павел Новиков

Мне очень нравится, когда где-то вдруг сделалось активное обсуждение. 

Ну да. Необъяснимая реакция, если считать - что человек - разумен. Но вполне естественная, если понимать необъяснимую прирду человека )

Эту реплику поддерживают: Владимир Генин, Сергей Мурашов

Ну, у нас активные обсуждения выставляются на витрину, когда кому-то предлагают рекламные площади, так что ничего более рационального и вообразить невозможно.

Я понимаю, ибо глупость человеческая рациональна, так же как и основной ресурс развития экономики - дураки.

Эту реплику поддерживают: Мария Дубровина Гончаренко

особенно приятно, что в кои-то веки оно не касается обсуждения шизофрении отдельных участников проекта.

Эту реплику поддерживают: Мария Генкина

Алиса, снег с тротуаров не отколупывают. Ну то есть в раньшие времена, когда национальность дворников практически совпдала со средней национальностью жителей горда - не отколупывали. Но другим временам - иные слова )

Ой, в теории суперсимметрии уже заложено некое противоречие - суперсимметрия как минимум не точная симметрия. То есть бозоны и фермионы, грубо говоря, не являются отражением друг друга в зеркале. Те, "другие" частицы, должны быть очень тяжелыми по сравнению с "этими". Насколько я слышал, сейчас теорфизики пытаются уже не суперсимметричные частицы заставлять искать, а найти формы симметрии в существующей стандартной модели. И попытки через суперсимметрию стандартную модель с гравитацией в общую теорию поля затащить тоже вроде провалились. Так что ждем теоретического прорыва. И пока прорывов не будет, упражнения в коллайдере будут выглядеть как швыряние будильника об стену, в попытке понять, из каких шестеренок он состоит и как вообще работает. 

Насчет будильника - это верно. Но судьба у нас такая....

Эту реплику поддерживают: Сергей Кондрашов

То есть бозоны и фермионы, грубо говоря, не являются отражением друг друга в зеркале.

– Ну разумеется нет. То, что у ложки один конец отличается от другого - неизбежное свойство ложки. Но одно дело, когда мы раскладываем симметрично целые ложки, другое - когда у вас есть пять разных черпал и 48 разных черенков, тут куда сложнее собрать симметричную картинку.

"На самом деле, никакой ложки нет"

"...она познаваема ровно до той степени, которая доступна среднему физику-экспериментатору.."

Наверное лет через 50 бозоны эти в младшей школе проходить будут :-)

В школе - особенно младешей - чем дальше, тем меньшему учат. Школа - э\то просто кошмар, попытка освободить родителей от чуть подрощенных детей. И не в России - а во всем мире. А бозоны, если парадигма утвердится, могут проходить в любом классе. Но все равно - даже учителя не смогут понять предмета. Алексенко хорош уже тем, что может попробовать донести до взрослых малограмотных людей то, что невозможно донести до просто грамотных. Жизнь сейчас такая - противоречие между глубиной понимания, доступной единицам, и демократией, в которой знание должно быть общедоступным. Я не против демократии, мне просто не нравится, когда нормальные, компетентные в своей профессии люди, думают, что они понимают то, что в принципе понять не могут.

Эту реплику поддерживают: Алексей Насретдинов

Сергей! согласна только насчет школы, но школа это способ приспособить человека к определенным правилам управления принятым в цивилизованном обществе.

А почему собственно нельзя интересоваться тем, что лежит за пределами твоей узкой специальности. Меня вот, человека конечно поверхностного:), интересует множество вещей: от астрофизики до изобразительного искусства.. Не вижу в этом ничего плохого. Причем говорю это как человек, в специальности которого комретентным себя считает практически каждый житель планеты:-)

То что их будут проходить - это заслуга популяризаторов в широком смысле, а не науки как таковой (и тем более не поумневших младшеклассников). Вот сейчас любой физик готов вертеть на пальце группы симметрии, но вряд ли больше сотни человек в мире способны понять изначальные выкладки Софуса Ли, например, хоть и сделаны они чертову уйму лет назад. Я не думаю, что уровень ПОНИМАНИЯ как-то растет: растут, во-первых, знания, и во-вторых, навыки популяризации.

Решение полиномиальных уравнений (в 16-17 веке передний край математики) сейчас можно включить в школьную программу только потому, что люди догадались, как упростить рассказ о них, как обойти в этом рассказе все опасные глубины.

Эту реплику поддерживают: Наталья Старокожева

Ну такие примеры конечно можно в любой научной дисциплине найти.. Несколько сотен лет назад считалось что человек из четырех жидкостей состоит, а сейчас вот геном расшифровали и строение человека в средней школе изучают, но при этом точно объяснить как работает наш мозг и сознание никто не может:-)

Извините, конечно за банальные комменты:):)