Вся физика в 15 уравнениях

Неужели стандартная?

Прежде чем очертить ее ограничения, хотелось бы вернуться к самому названию «Стандартная модель». Это выражение интересно, потому что говорит о науке в самых разных смыслах. Она становится глобальной, поскольку все физики в мире используют один и тот же формализм, одни и те же обозначения. Они договорились, что определенная теория является общей для всех и что она объясняет экспериментальные измерения, выполненные до настоящего времени.

Здесь можно было бы видеть форму «диктатуры», где отвергается любая «нестандартная» идея. Действительно, как и многие мои коллеги, я получаю письма или послания от людей, которые думают, что открыли скрытый смысл мира, утверждая, что их отвергает мировая элита, отчего они лишены возможности опубликовать свои труды, да и вообще являются жертвами интеллектуальной тирании научного сообщества. В их воображении «Стандартная модель» — не что иное, как лживая догма[70].

А ведь все как раз ровно наоборот! Эта всеобщая стандартизация стала опять же формой смирения и открытости. Мы договариваемся о том, что является стандартным, стараясь как можно лучше обсудить, что может относиться к нестандартному. Модель постоянно анализируется, исследуется, препарируется, причем в мельчайших деталях. Изучили ли мы все предсказания, по крайней мере проверяемые? Можем ли мы представить себе новый эксперимент, который способен проверить Стандартную модель каким-либо иным способом?

Большая согласованность модели позволяет проверить ее с самых разных точек зрения: в столкновениях протонов сверхвысоких энергий на БАКе, при высокоточных измерениях на нескольких атомах или, опять же, из космических наблюдений. Откуда бы оно ни исходило, как только проводится новое измерение, научное сообщество сразу же сверяет его со Стандартной моделью. Согласуется ли оно с предсказанием модели для этого эффекта или нет? Вопреки идее тех, кто осуждает потенциальный научный империализм, мечта каждого физика — не подтвердить официальную теорию, а наоборот, найти в результатах каждого нового эксперимента определенный признак того, что Стандартная модель ошибочна[71].

Кроме того, даже если мы используем Стандартную модель каждый день, нам хорошо известны ее ограничения и несовместимость. Казалось бы, что с открытием бозона Хиггса в 2012 г. глава «Элементарные частицы» стала выглядеть полной и законченной, однако ее основные составляющие все еще пока остаются необъясненными. Например, материя состоит из двенадцати элементарных частиц, принадлежащих к трем семействам по четыре частицы в каждом: первое семейство — это то, из чего состоит обычная материя, а два других — копии первого, содержащие существенно более массивные частицы с аналогичными свойствами[72]. Почему существуют эти три семьи? Этого, увы, никто не знает. Мы можем лишь видеть, что модель хорошо описывает результаты экспериментов; в частности, существование этих трех семейств подразумевает наличие неких тонких симметрий в модели, которые нельзя было бы наблюдать, если бы существовало только одно или два семейства и которые действительно были экспериментально замечены.

Массы частиц, интерпретируемые как интенсивность их взаимодействия с полем Хиггса, являются свободными параметрами теории наряду со всеми другими интенсивностями. Мы, к сожалению, можем их измерить только экспериментальным путем. Таким образом, всего можно насчитать 27 свободных параметров теории, которые поддаются экспериментальной корректировке. Математический аппарат теории фундаментальных взаимодействий хорошо формализован и изучен, но почему он именно такой, а не какой-то другой?

Итак, мы имеем в руках связную и мощную теорию, которая была проверена десятками разнообразных измерений и ни разу не доказана ошибочной, по крайней мере на малых масштабах расстояния, в мире элементарных частиц. Единственное «но», с чем нам придется смириться, — это некоторая доля произвольного выбора, возникающего из необходимости экспериментального определения свободных параметров модели[73].