Скварки, фотино, селектроны, ньютралины. Это всего несколько типов суперсимметричных частиц, особого вида частиц, которые могут появиться, когда самый мощный в мире ускоритель заряженных частиц будет включен этой весной.

Большой адронный коллайдер ( LHC ) в лаборатории физики частиц под названием Европейская Организация ядерных исследований в Женеве, Швейцария, скорее всего, навсегда изменит наше представление о вселенной. Подземный ускоритель частиц протяженностью в 17 миль (27,2 км) будет посылать фотоны летать по своим окружным путям, пока они не врежутся друг в друга со скоростью более 99 процентов скорости света. Когда частицы сталкиваются, они высвобождают энергии, схожие с энергиями во вселенной вскоре после Большого Взрыва, то есть в теоретическом начале времен.

Ученые точно не знают, чего ожидать от ускорителя, но они предвидят, что его энергетические столкновения создадут экзотические частицы, о которых физики пока что только мечтали.

Приближение

Недавно исследователи Северовосточного Университета прояснили, какие виды с-частиц может обнаружить ускоритель. Существует примерно 10,000 возможностей для образования первых четырех легчайших с-частиц, говорит Пран Нат, физик-теоретик северовосточного университета, работающий над созданием с-частиц при помощи ускорителя. Но после изучения экспериментальных астрофизических данных и прогноза некоторых теоретических моделей Нат и его коллеги Дэниел Фелдман и Зуоуей Лиу сократили количество возможных паттернов до 16.

«Если эти предположения верны, мы можем предсказать, в каком порядке эти с-частицы будут созданы», - сказал Нат space . com . – «Так что мы пытались искать признаки этих с-частиц».

Если ускоритель создаст с-частицы, исследователи не смогут сразу же изучить их, поскольку они слишком быстро разложатся. Ученые могут только надеяться распознать признаки суперсимметричных частиц, изучая следы обычных частиц, созданных при разложении с-частиц.

«Важно знать, как с-частицы будут располагаться в массе, поскольку различные теории ведут к различным выводам», сказал Нат. «Так что это означает, что если мы увидим эти паттерны, мы, возможно, сумеем экстраполировать теорию».

Испытания ускорителя начинается в апреле. Предварительные данные будут готовы чуть позже в этом году.

Куда они делись?

Когда с-частицы были впервые придуманы, ученые гадали, почему мы не наблюдаем их во вселенной уже сейчас. Объяснение, как они думают, состоит в том, что с-частицы гораздо тяжелее их нормальных частиц-аналогов, так что они все разложились.

«Чем тяжелее и нестабильнее частица, тем короче ее жизнь», говорит Нат. «И как только она создается – она тут же начинает распадаться».

Создание с-частиц требует невероятного количества энергии – аналог которого существовал лишь сразу после Большого Взрыва и, возможно, в ускорителе.

Физики не уверены, почему с-частицы не обладают той же массой, что и частицы, но они полагают, что симметрия могла быть разбита в каком-либо скрытом секторе вселенной, который мы не можем ни увидеть, ни потрогать, но можем лишь почувствовать гравитационно.

Темная материя и струны

Если суперсимметрия действительно существует, она может помочь решить несколько надоевших проблем в физике.

Например, теория может предложить объяснение темной материи – таинственной субстанции во вселенной, которые астрономы могут обнаружить благодаря гравитации, но не могут увидеть.

«Самые популярные теории суперсимметрии предсказывают существование стабильной суперсимметричной частицы, нейтралино», говорит Энрико Лунги, физик-теоретик Национальной лаборатории ускорителя Ферми в Чикаго. «Это прекрасный кандидат на звание темной материи. Проблема в том, что мы так ничего такого и не увидели. Это еще одна весомая причина надеяться обнаружить суперсимметрию посредством ускорителя».

Нейтралино могут быть легчайшими с-частицами, и они могли бы существовать в природе, не распадаясь немедленно.

Суперсимметрия также помогает разрешить фундаментальные проблемы между физикой в мелком масштабе – физикой частиц (квантовая физика) и физикой в крупном масшабе, где правит общая теория относительности Эйнштейна.

«Это необходимый шаг в разрешении отличий между стандартной моделью (физики частиц) и тяжестью», говорит Лунги. «Это может оказаться весьма важным составным элементом в возможной теории всего, которую в конце концов можно получить в будущем».

В дополнение, если суперсимметрия будет доказана, это может продвинуть теорию струн, что включает в себя концепцию суперсимметрии. И все же, суперсимметрия все еще может существовать, даже если теория струн не верна.

«Суперсимметрия может существовать с теорией струн или без нее», говорит Нат, «но для теории струн было бы очень полезно, если бы удалось понаблюдать с-частицы. Если они не обнаружат никаких с-частиц, тогда это плохие новости как для суперсимметрии, так и для теории струн».

Недоказано

Некоторые ученые скептически настроены насчет существования суперсимметрии и того, сможет ли ускоритель доказать ее.

«Суперсимметрия – очень красивая идея», говорит Альваро де Рухула, физик-теоретик Европейской организации по ядерным исследованиям, «но мне сложно поверить, что это не только верно по своей природе, но и существует в этой энергии. Это может оказаться правдой, но недоступной для этой машины».

Даже если ускоритель производит с-частицы, сказал де Рухула, он может произвести лишь несколько, и следы будет трудно распознать.

«Люди спешат с выводами, но на так просто будет определить, действительно ли они суперсимметричны», сказал он. «Потребуется определенная удача, чтобы при помощи ускорителя получить убедительные доказательства суперсимметрии».

Для многих физиков возможность не обнаружить искомого также волнующа.

«Лучше, когда мы не правы, чем наоборот», говорит де Рухула. «Вещи весьма интересны и захватывающи, когда мы их не понимаем. Это хорошая позиция для ученого».