Эта идея должна умереть. Научные теории, которые блокируют прогресс

У Стандартной модели физики частиц есть эстетические недостатки, которые заставляют нас спрашивать: почему в ней так много свободных параметров? Почему не существует единой, элегантной фундаментальной силы, которая отвечает за все силы? Почему имеется именно по три поколения у кварков и у лептонов? Почему, раз уже механизм возникновения масс у элементарных частиц нами открыт, взаимодействие всех прочих полей с полем Хиггса так сильно отличается от всех прочих взаимодействий, порождая такой огромный диапазон масс? Почему возникает еще более растянутый диапазон фундаментальных взаимодействий? Потенциальная опасность, которую заключает в себе каждый из этих вопросов, заключается в ответе: «Просто так уж это устроено».

Помимо этой эстетической озабоченности, мы видим противоречия между предсказанием и наблюдением в исследованной Вселенной. Мы пока не нашли источник энергии, которая питает ускоряющееся расширение; нам не хватает барионной материи для того, чтобы объяснить астрономические наблюдения. Мы живем в большом кармане этой материи, который не должен был бы пережить аннигиляцию. Куда бы мы ни посмотрели, мы везде видим доминирование материи над антиматерией – и не видим подходящей причины, которая могла бы объяснить эту асимметрию. Может быть, мы никогда не найдем решений этого набора проблем, но очевидно, что каждая из них требует как минимум дополнительной настройки, а еще лучше – фундаментальной переработки существующих моделей. То есть недостатком изящества дело не исчерпывается.

Экспериментаторы, и я в том числе, пытаются построить эстетически мотивированные (или хотя бы отчасти эстетически мотивированные) теории. После нескольких лет работы Большого адронного коллайдера на грани достижимых энергий и множества точнейших измерений, проведенных над частицами, ядрами и атомами во всем мире, в пространстве параметров «новой физики» были исключены целые обширные области. Теоретики реагировали на это поворотами и дилатациями в своих моделях, приспосабливая их к новым условиям и вынуждая нас работать во все более сложных условиях эксперимента.

Такой обмен казался полезным и определенно был забавным. Тесное взаимодействие обеспечило быстрый прогресс в проверке новых идей. Хотя поиски физики не-Стандартной модели привели скорее к новым ограничениям, нежели к открытию, это было захватывающе интересно – проводить измерения, которые могли бы дать свидетельства в пользу Теории Великого Объединения – то есть теории, которая, в отличие от Стандартной модели, объединившей три фундаментальных взаимодействия, объединила бы все четыре. Однако в нашу эру ограниченных ресурсов требуется более скрупулезная работа мысли. Самое время критически пересмотреть наши теоретические основы.

Включение доводов красоты в научный инструментарий позволило совершить огромные скачки вперед. Стремление к элегантности решений снова и снова помогало ученым открывать основополагающие структуры. Именно благодаря красоте науки многие из нас решили стать учеными. Я не хочу сказать, что мы должны навсегда отказаться от эстетического аргумента. Но в физике частиц мы сейчас переживаем период, очень богатый новыми данными – после многих лет, когда эти данные были весьма скудны (во всяком случае, на переднем крае изучения энергии).

В научной практике сейчас нет ничего более важного, чем позволить этим данным сказать свое решающее слово, а данные, которыми мы располагаем, могут многое сообщить о стандартной модели. Еще больше зависит от того, какие эксперименты мы решим проводить в будущем.

На этом этапе при 96 % «темного» содержимого Вселенной (материи и энергии) было бы ошибкой считать, что эстетические соображения в качестве аргумента в пользу той или другой теории могут как-то уравновесить противоречия. У нас пока нет объяснения темной энергии, у нас нет экспериментального подтверждения существования темной материи, нам пока непонятен механизм асимметрии материя – антиматерия – пока у нас так много пробелов, нам не стоило бы так уж заботиться об элегантности. Теоретики будут продолжать искать Теорию Великого Объединения, добиваясь прогресса в том числе через развитие математики. У экспериментаторов есть возможность и обязанность указать направление для этих поисков, продолжая свою агностическую охоту за противоречиями между нашими данными и предсказаниями Стандартной модели. Разумеется, это включает и доскональное измерение новооткрытого бозона Хиггса.

Мы готовы признать, что некоторые из моделей, разработанных нашими блестящими коллегами-теоретиками, могут оказаться чем-то вроде длинного паса наудачу, который неожиданно завершается изумительным (по-настоящему изумительным!) голом. Но больше похоже на то, что на следующий, значительно более высокий уровень познания мы поднимемся не в результате случайной удачи: нас заставят туда подняться жестко, болезненно детерминированные экспериментальные данные.

Естественность, иерархия и пространство-время

Мария Спиропулу