теории квантовой гравитации. А еще суперсимметрия естественным образом объясняет, почему масса частицы Хиггса составляет от 100 до 150 миллиардов эВ. Без SUSY бозон Хиггса был бы гораздо менее массивным.

Наконец, SUSY нравится экспериментаторам, потому что предсказывает новые физические явления, которые должны происходить при столкновениях с энергиями, намного превышающим те, что могут быть достигнуты сейчас, то есть 13 ТэВ. Это важный предел, потому что энергия эквивалентна массе и наоборот: столкновения с более высокой энергией порождают более массивные частицы. В стремлении обнаружить все более массивные частицы ученые увеличивают мощность своих приборов – теперь она достигла 13 ТэВ. Правда, пока что самая тяжелая из обнаруженных элементарных частиц – это открытый в 1995 году верхний кварк с массой «всего лишь» 173 миллиардов эВ. На предельных на данный момент энергиях пока что ничего не найдено. Если SUSY верна, то физикам-экспериментаторам надо продолжить увеличивать предельную энергию, и рано или поздно новые частицы найдутся.

ЦЕРН – это одна из организаций, нацеленных на повышение наших экспериментальных возможностей. Его основная территория расположена вблизи Женевского аэропорта и представляет собой обширный комплекс из офисных зданий, ангаров, складов и напичканных приборами лабораторий на улицах, названных в честь знаменитых физиков – улица Марии Кюри, улица Фейнмана, площадь Галилео Галилея и т. д. В этой научной нирване тысячи ученых со всего мира пытаются вместе проникнуть в самые фундаментальные тайны природы.

Здание ATLAS украшено изображением детектора в разрезе высотой в три этажа. Когда я спускался на лифте на уровень туннеля, то был поражен огромным размером прибора: ATLAS размером почти с половину собора Парижской Богоматери, а весит как целая Эйфелева башня. Он настолько огромен, что я почти не замечаю крохотных технических специалистов, устанавливающих внутри детектора новое оборудование5.

Именно ATLAS обнаружил первые признаки бозона Хиггса в 2012 году, и с помощью этого детектора физики надеются найти подтверждение теории суперсимметрии. Быть может, там же когда-нибудь получится породить и обнаружить темную материю. В этом еще одно достоинство теории суперсимметрии, о котором ее создатели в 1970-х годах и не думали, – одна из частиц SUSY вполне может оказаться тем самым устойчивым вимпом, из которых состоит бо`льшая часть нашей Вселенной.

Дело вот в чем. Вспомним, что, согласно SUSY, у каждой известной элементарной частицы есть суперсимметричный партнер. Все эти частицы SUSY должны быть массивнее известных нам «нормальных» частиц – иначе бы они порождались в проводимых на коллайдерах экспериментах и были бы уже обнаружены. К тому же, как и большинство частиц в Стандартной модели, частицы SUSY, скорее всего, окажутся нестабильными и должны распадаться на более легкие, в том числе и на частицы из Стандартной модели.

Но есть одна проблема. Во многих обоснованных вариантах SUSY в случае распада суперсимметричной частицы как минимум один из продуктов распада тоже должен быть суперсимметричным. В силу сложных причин в этом случае наш старый добрый протон тоже оказывается нестабильным с периодом полураспада длиной в год или даже долю секунды. К счастью для нас, протоны невероятно стабильны, и поэтому приходится признать, что частицы SUSY не могут при распаде превращаться в одни лишь частицы Стандартной модели.

Но это значит, что самая легкая суперсимметричная частица, называемая LSP (Lightest Supersymmetric Particle), должна быть стабильной! Согласно теории, легчайшая суперсимметричная частица – это так называемое нейтралино, которое, как видно из названия, не имеет электрического заряда. Она также не восприимчива к сильному ядерному взаимодействию. Стабильная, нейтральная и восприимчивая к слабому взаимодействию – вот видите, LSP вполне годится на роль вимпа, из которых состоит темная материя во Вселенной.

Как мы уже узнали из предыдущей главы, в начале 1980-х годов астрономы и космологи пришли к выводу, что их «недостающая масса», скорее всего, состоит из сравнительно медленно движущихся частиц – холодной темной материи. Одним из кандидатов был гипотетический аксион, о котором поговорим в главе 23. Несмотря на их очень малую массу, аксионы – медленные частицы, и поэтому они рассматривались в качестве возможных ингредиентов холодной темной материи. Но вскоре самым популярным кандидатом в темную материю стали гораздо более массивные вимпы и в особенности их SUSY-вариант. Кто знает, быть может, суперсимметрия – единственное перспективное расширение Стандартной теории – укажет путь к великой единой теории поля и одновременно позволит решить загадку темной материи.

А потом произошло чудо, и появились вимпы. Ученые обычно не верят в чудеса, но только не в этом случае.

Чтобы понять, что такого чудесного в вимпах, вспомните – на самом раннем этапе Вселенная представляла собой бурлящий котел с высокоэнергичными протонами и короткоживущими частицами – «варево» из энергии и массы. Сразу после Большого взрыва повсюду было сплошное E = mc2 и m = E/c2. Другими словами, происходило постоянное рождение пар «частица – античастица» из чистой энергии, и эти пары, едва родившись, тут же взаимно аннигилировали, и материя снова превращалась в излучение, которое тут же снова превращалось в материю.

Но по мере остывания Вселенной энергия фотонов уменьшалась. В результате прекратилось спонтанное рождение самых массивных пар частиц. При этом расширение ранней Вселенной приводило к быстрому увеличению расстояния между ранее рожденными частицами и соответствующими им античастицами, из-за чего сближения между ними стали происходить реже, чем прежде. Массивные частицы все еще могли аннигилировать с соответствующими им античастицами, но части их удалось выжить.

С помощью уравнений Большого взрыва – а это, по сути, расширяющийся остывающий газ, так что тут достаточно знания на уровне школьной программы, – сравнительно нетрудно рассчитать «остаточную реликтовую плотность» для конкретного вида частиц. А если проделать такие расчеты для вимпов, которые сами себе – античастицы, то выходит значение плотности, в точности равное оценке, полученной астрофизиками и космологами для холодной темной материи. Не правда ли, чудеса?

Поскольку между этими частицами происходит слабое взаимодействие (и, разумеется, они также взаимодействуют посредством гравитации), для вимпов ожидались массы порядка нескольких сотен тысяч эВ – это в сотни раз больше массы протона. Но для вимпового чуда точное значение массы не так уж и важно. Если они окажутся более массивными, то рождение пар частиц прекратится на более раннем этапе, когда плотность молодой Вселенной все еще очень высока. В результате взаимная аннигиляция оказывается более эффективной и остается меньше реликтовых частиц. И наоборот, если вимпы окажутся менее массивными, то рождение пар продолжится в течение большего времени, а плотность Вселенной в момент прекращения этого процесса будет более низкой и большее количество частиц избежит аннигиляции. А вот конечный результат – меньше массивных или