Тончайшее несовершенство, что порождает всё. Долгий путь частице Бога и Новая физика, которая изменит мир - Гвидо Тонелли
После отрицательных результатов сеансов Run 1 и, в особенности, Run 2 энтузиазм по поводу возможного открытия суперсимметрии заметно подостыл. Многие теоретики, занимавшиеся суперсимметричными моделями, переключаются в последние годы на другие задачи. Тем не менее поиски тех или иных необычных проявлений суперсимметрии на LHC по‑прежнему ведутся. В конце концов, главная задача экспериментатора – проверить все, до чего эксперимент способен дотянуться.
А вот с другим давно ожидавшимся открытием – регистрацией гравитационных волн, дрожи самого пространства-времени, порожденной далекой космической катастрофой, – ситуация кардинально иная. Тонелли в конце книги кратко описывает работу тандема гравитационно-волновых обсерваторий LIGO и Virgo, которые к тому времени уже прошли несколько стадий апгрейда и были готовы вот-вот поймать первые гравитационно-волновые сигналы от слияния черных дыр в далеких галактиках. Автор не поскупился на эпитеты, окрестив грядущее открытие “великим событием в истории науки”, которое “положит начало новому разделу астрономии”.
И эти громкие слова полностью оправданы. Первый всплеск гравитационных волн, пришедший от слияния черных дыр на расстоянии свыше миллиарда световых лет от нас, был зарегистрирован 14 сентября 2015 года, и это событие одним махом расширило возможности астрономии и астрофизики. “Немое космическое кино” обрело звучание: если до этого человечество лишь наблюдало за далекими галактиками в разных диапазонах излучений, то теперь мы “услышали” звучание космоса и нам открылся недоступный ранее мир невидимых вселенских катастроф. Единомоментно были сделаны три открытия нобелевского уровня: зарегистрированы гравитационные волны, предсказанные Эйнштейном за век до этого; доказано, что черные дыры с массами в десятки солнечных масс существуют и сливаются друг с другом не так уж редко; в арсенале ученых впервые появился инструмент по прямой проверке эффектов сильной гравитации. В 2017 году Нобелевская премия по физике была присуждена Райнеру Вайссу, Кипу Торну и Барри Бэришу с формулировкой “за решающий вклад в создание детектора LIGO и регистрацию гравитационных волн”. Подробнее про само открытие и про долгий путь к нему можно прочитать в научно-популярных новостях Иванов И. Гравитационные волны – открыты! Элементы. ру, 11.02.2016 и Иванов И. Нобелевская премия по физике — 2017. Элементы. ру, 13.10.2017.
Сейчас гравитационно-волновая астрономия стала важнейшим разделом науки о космосе, составляющей комплексного подхода к изучению космических объектов, который получил название многосигнальной, или многоканальной, астрономии. К настоящему моменту зарегистрировано свыше сотни слияний черных дыр друг с другом и даже пойманы сигналы от слияния нейтронных звезд, видимых также и в разных диапазонах электромагнитных волн. Получены важнейшие результаты по астрофизике, по космологии, по физике элементарных частиц – ведь вещество внутри нейтронных звезд находится в совершенно экстремальных, нигде более не достижимых условиях.
Гравитационные волны от слияния черных дыр или нейтронных звезд колеблются довольно быстро, их период составляет сотые доли секунды. Но в июле 2023 года появилось сообщение о регистрации гравитационных волн совсем другого типа: очень медленных, с периодом в несколько лет. Результат, пусть пока и предварительный, был получен международным консорциумом обсерваторий International Pulsar Timing Array, и ведущую роль в нем сыграла коллаборация NANOGrav, в течение 15 лет наблюдавшая за сигналами от далеких пульсаров – сверхстабильных космических “секундомеров”. Происхождение этих гравитационных волн еще предстоит прояснить.
Наконец, полным ходом идет работа над созданием сразу нескольких гравитационно-волновых обсерваторий, которые в 2030‑х годах будут запущены в космос. Это американская установка LISA, китайская обсерватория TianQin и японский проект DECIGO. Там, вдали от земных шумов и колебаний, эти обсерватории будут ловить гравитационные волны с периодами от долей секунды до нескольких часов. Любопытно, что они позволят узнать нечто совершенно новое и о хиггсовском поле, – о том, как протекал электрослабый фазовый переход в ранней Вселенной, через какие промежуточные стадии проходил “горячий вакуум” спустя миллиардную долю секунды после Большого взрыва. Если гравитационно-волновой сигнал от глобальной перестройки ранней Вселенной действительно будет обнаружен, это станет еще одним впечатляющим мостиком, неразрывно соединяющим мир элементарных частиц и жизнь всей Вселенной в целом. Возможно, он поможет нащупать Новую физику.
Возвращаясь к собственно физике хиггсовского бозона, стоит обновить и информацию относительно проектов “фабрики хиггсовских бозонов”, то есть будущего электрон-позитронного коллайдера, призванного с высочайшей точностью измерить все свойства открытой десятилетие назад частицы. Проект Международного линейного коллайдера ILC длиной в десятки километров давно готов, и технологии, необходимые для его реализации, уже продемонстрированы, но начало работ упирается в экономические препятствия. Предполагалось, что коллайдер будет базироваться в Японии, где, несмотря на неспокойную в целом сейсмическую ситуацию, для него было найдено прекрасное, надежное место размещения. В течение нескольких лет научное сообщество ожидало от японского правительства решения о начале строительства, однако оно так и не было озвучено. В марте 2019 года Япония в достаточно обтекаемой формулировке дала понять, что не готова вкладывать миллиарды долларов в этот проект, хотя вообще‑то очень хотела бы поддержать реализацию коллайдера где‑либо в мире. Возможно, если бы ЦЕРН и международное сообщество в физике элементарных частиц гарантировали свой многомиллиардный вклад в строительство установки, Япония бы и “дала зеленый свет”, но это сообщество само ждет финансовые гарантии от Японии. В настоящее время ищутся варианты выхода из сложившегося финансово-административного тупика, и, хотя многие специалисты настроены не слишком оптимистично, от проекта ILC еще не отказались.
Проект циклического мега-коллайдера FCC в ЦЕРН выглядит более жизнеспособным. Работа над технологиями для нового поколения магнитов идет вот уже несколько лет и, несомненно, продолжится. Многотомный технический проект коллайдера был обнародован в начале 2019 года; в нем, в частности, сообщалось, что начать работу следует с электрон-позитронной версии FCC-ee и лишь спустя много лет переходить к протонным столкновениям. При таком поэтапном сценарии работа FCC продлится примерно до 2080‑х годов – для подобных колоссальных научных проектов горизонт планирования может составлять полвека и более! Параллельно идет работа над альтернативными вариантами хиггсовской фабрики. Инновационный линейный коллайдер CLIC должен быть компактнее, чем ILC, но требует развития и демонстрации новых технологий. Давно уже предлагается и совершенно иная установка: мюонный коллайдер, в котором вместо электронов и позитронов будут сталкиваться мюоны и антимюоны высоких энергий. Несмотря на то, что мюоны нестабильны, физики уверены, что успеют произвести их в нужных количествах, ускорить до сверхвысоких энергий и столкнуть до того, как они распадутся. Проект, однако, упирается в технические трудности – прежде всего в технологию охлаждения и фокусировки мюонных пучков.
