Вселенная балансирует на грани вероятного уничтожения всего сущего в любой момент

Недавние сверхточные измерения массы топ-кварка вновь оживили старый вопрос: почему она такая большая? Увы, ответа, по сути, нет, а мы тем временем спросим у себя вот о чём: каковы следствия того, что топ-кварк столь тяжёл?

Масса топ-кварка равна 173,1 ± 1,3 ГэВ/c². Иными словами, он весит почти как ядро атома тяжёлого элемента — к примеру, рения. Это всегда было серьёзной теоретической проблемой: для элементарной частицы это очень много, настолько, что ни в какие рамки не укладывается, и если бы этот самый топ-кварк существовал не секстиллионные доли секунды, а дольше, он отравил бы нам жизнь до такой степени, что никакой жизни могло бы и вовсе не появиться. Впрочем, нынешняя сравнительная стабильность бытия может оказаться отнюдь не бесконечной…

«Топ-кварк, тяжелейшая из известных частиц, лучше всего говорит о поле Хиггса», — поясняет физик-теоретик Джо Ликкен (Joe Lykken) из Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми (США). Из-за тесной связи кварка с хиггсовским полем учёные использовали его как «зонд» для прощупывания свойств поля, в частности стабильности при разных внешних обстоятельствах.

И тестируя — к счастью, теоретически — эту стабильность для разных условий, физики выяснили, что, исходя из достоверности Стандартной модели, у них выходит нечто очень неприятное.

Неужели поле Хиггса (а с ним и массы элементарных частиц)
и впрямь может резко измениться в любой момент? (Иллюстрация Peter Pereira.)

«Когда мы прогоняем уравнения Стандартной модели до высоких энергий, оказывается, что есть регион, где хиггсовского поля не должно быть, — говорит участник эксперимента CMS на Большом адронном коллайдере (БАК) Карл Эклунд (Karl Ecklund). — Там вакуум, который в норме наполнен хиггсовским полем, может иметь отрицательную энергию».

Да, вот мы и добрались до ключевого словосочетания.

Если это предсказание, пока чисто теоретическое, верно, тогда хиггсовское поле не слишком надёжный краеугольный камень всей физики. Условно говоря, это камень, уложенный на высокий и тонкий шпиль, где он будет лежать, не колеблясь, до первого землетрясения или просто сильного порыва ветра. Чуть резче: поле Хиггса стабильно только в своём текущем состоянии и в любой момент может «опрокинуться» в другое, более стабильное, чем нынешнее.

Потенциально это печальная история: ведь тогда мы всем умрём, причём так быстро, что даже на сарказм времени не останется. Г-н Ликкен верно подчёркивает: «Условия, необходимые для существования жизни, очень тонко связаны с массами элементарных частиц, зависящими от хиггсовского поля; химия и жизнь вообще не должны существовать, если хиггсовское поле изменится хотя бы на йоту». Впрочем, что там «химия и жизнь»! Даже при слабом изменении этого поля физика элементарных частиц может обрести совсем другие, мягко говоря, конкретные черты.

Идея нестабильной Вселенной, опасно балансирующей на грани вероятного уничтожения в любой момент всего сущего, не нова, однако открытие хиггсовского бозона придало ей новую и довольно весомую аргументацию.

Новые измерения на Большом адронном коллайдере и Тэватроне, по идее, могут, дав ещё более точные цифры массы топ-кварка, продвинуть физиков в понимании того, подвешена ли наша Вселенная на тонкой ниточке между двумя адскими котлами состояниями безжизненного хаоса или всё кругом устроено более основательно.

«Масса топ-кварка находится как раз в той области, когда предсказанное время существования Вселенной очень близко к возрасту, который она уже имеет (то есть её существование в принципе подходит к историческому концу),
— злодейски прямолинеен Карл Эклунд. — Но если вы сдвинете массу верхнего кварка вниз, а хиггсовскую массу вверх, то даже с учётом неопределённости эксперимента проблема полностью исчезнет».

Пока сложность только в том, что до сих пор измерения не дают оснований решительно сдвигать массу топ-кварка вниз, отчего вопрос о перспективах существования всего живого в значительной степени сохраняет остроту.

Впрочем, даже если хиггсовское поле и нестабильно, в теории могут существовать другие неизвестные пока частицы и силы, поддерживающие его стабильным, утешает нас г-н Эклунд. «Если окажется, что мы [существуем] в таком диапазоне нестабильности, это может быть не так уж и плохо, поскольку укажет нам на новую физику, о которой мы пока ничего не знаем», — оптимистично заключает учёный.

Логика его очевидна: если физика свидетельствует, что в ближайшее время поле Хиггса может перейти в какое-то иное состояние (а значит, мы все исчезнем), то наше вроде бы существование говорит о том, что нам надо открыть нечто, стабилизирующее физическую возможность нашего дальнейшего бытия. Определённо, если какие-то выводы из нынешней Стандартной модели угрожают существованию нашего мира, то куда разумнее искать новую физику за пределами модели, нежели безыскусно писать завещание.

У этой логики есть лишь один недостаток. Сам собой всплывает вопрос: а что если физики так ничего и не откроют (хотя это маловероятно), а позволительное время существования нынешнего состояния хиггсового поля подойдёт к концу в ближайший период? Ведь тогда случившееся трудно будет назвать даже Апокалипсисом или Страшным судом, как это в своё время делали мировые религии. В отличие от этих сценариев, мы будем просто уничтожены без малейших намёков на суд или следствие; по сути, это больше напоминает не суд, а расстрельную яму.

В ближайшее время учёные намерены произвести несколько экспериментов на БАКе, которые позволят уточнить массу верхнего кварка. И мы искренне желаем нам всем, чтобы она была по возможности меньше.

По материалам Symmetry Magazine.
Источник: compulenta.computerra.ru