Как Бозон Хиггса мог уберечь Вселенную от мультиколлапса

Стандартная модель с точностью описывает большинство сил, действующих в нашей Вселенной, и фундаментальных частиц. Но в этой модели имеются и пробелы: в ней не существует жизнеспособной частицы темной материи, она не может объяснить постоянное расширение Вселенной и предполагает, что масса бозона Хиггса по меньшей мере втрое превышает массу, измеренную опытным путем.

Физики-теоретики из французского Комиссариата по атомной и альтернативным видам энергии и ЦЕРН разработали модель, которая объясняет легкость бозона Хиггса. Более того, эта модель способна объяснить и другие загадки.

В 2012 году на Большом адронном коллайдере был впервые обнаружен бозон Хиггса — частица, которую физики никак не могли отыскать. Однако масса хиггсовского бозона составляла 125 ГэВ, что значительно меньше, чем изначально предполагали ученые в предварительных расчетах. И вопрос, почему бозон Хиггса имеет столь малую массу, остается открытым.

Кроме того, сильное взаимодействие  — одно из четырех фундаментальных взаимодействий — проявляет себя не совсем так, как позиционирует Стандартная модель. В математике, которая используется и в физике высоких энергий, существует ряд симметрий — заряда, четности и обращения времени. Все эксперименты в физике демонстрируют, что сильное взаимодействие, судя по всему, подчиняется одновременно и симметрии заряда, и симметрии четности. Однако математика сильного взаимодействия не показывает такой же симметрии.

Авторы новой теории считают, что между этими проблемами в физике может быть связь. В статье, вышедшей в Physical Review Letters, они изложили свое видение решения двух загадок.

Согласно их модели, в очень ранние времена в истории нашей Вселенной существовало некое множество вселенных. Каждая из них содержала бозоны Хиггса с неоднородными массами: в некоторых бозон Хиггса был тяжелым, в то время как в других — очень легким.

Мультивселенная со временем эволюционировала. Вселенные с большим хиггсовским бозоном были нестабильны и разрушались в короткие сроки. Коллапс, также известный как Большой Хруст или терминальный коллапс, уничтожил эти компоненты мультивселенной. Единственная оставшаяся вселенная — наша — содержала бозон Хиггса с очень малой массой.

Чтобы создать модель мультивселенной с неоднородными по массе хиггсовскими бозонами, авторам теории пришлось предположить существование еще двух частиц. От их взаимодействия зависит масса бозона Хиггса в разных частях мультивселенной, а еще они влияют на сильное взаимодействие, приводя к существующей в природе зарядовой симметрии.

Новые гипотетические частицы могли существовать не только в ранней Вселенной — они до сих пор могут находиться в космосе. Если их масса очень мала, то коллайдер вполне мог их не обнаружить, и теоретически они даже могут быть кандидатами на роль темной материи.

Конечно, новая теория требует доказательств. Модель определяет некий диапазон частиц темной материи, что могут подтвердить или опровергнуть будущие эксперименты по ее поиску. Кроме того, она предполагает, что у нейтрона внутри присутствует небольшая, но измеряемая асимметрия электрических зарядов. Таким образом, могут понадобиться годы и даже десятилетия, чтобы опровергнуть или подтвердить новую гипотезу.