Физики нашли странную частицу, которая способна опровергнуть теорию струн

Современная физика основывается на двух ключевых теориях. Первая — это Стандартная модель, которая охватывает все известные частицы и три из четырех фундаментальных взаимодействий. Вторая — общая теория относительности, описывающая гравитацию и свойства пространства-времени. Однако эти две теории не совместимы, так как оперируют разными математическими языками. Теория струн пытается объединить их, предполагая, что все элементарные частицы представляют собой изящные вибрирующие струны, а пространство имеет дополнительные скрытые измерения — 10 или 11. Несмотря на то что математическая база этой теории выглядит убедительно, её экспериментальная проверка оказывается крайне сложной.

Согласно информации от Science Daily, команда исследователей из США разработала новый подход. Они занимались поиском закономерностей среди частиц, которые не могут быть объяснены существующими версиями теории струн. В результате они обнаружили ранее неизвестную группу из пяти связанных частиц, названную пятичленным мультиплетом (5-плет). В рамках этой группы присутствует майорановский фермион — уникальная частица, которая является своей собственной античастицей.

Исследователи тщательно изучили все известные конструкции в теории струн, но не смогли найти ни одной, которая могла бы создать эту уникальную структуру из пяти частиц.

Если 5-плет будет обнаружен, это приведет к важным последствиям. Во-первых, это укажет на недостаточность или ошибочность текущих моделей теории струн, поскольку они не могут объяснить существование такой частицы. Это станет поводом для переосмысления одной из самых амбициозных теорий в науке.

Во-вторых, майорановский фермион из 5-плета может стать многообещающим кандидатом на роль темной материи — невидимой субстанции, составляющей около 85% всей материи во Вселенной. Хотя темная материя до сих пор не была обнаружена напрямую, её существование может быть подтверждено, если 5-плет будет найден.

Теперь ученым предстоит выяснить, существует ли это загадочное семейство из пяти частиц. БАК может помочь в этом, хотя задача будет непростой, так как эти частицы должны быть чрезвычайно массивными — примерно в 10 000 раз тяжелее протона. Это делает вероятность их появления в столкновениях весьма низкой. Более того, они быстро распадаются, оставляя после себя слишком слабые сигналы.

«Если мы найдем 5-плет, это будет двойное открытие: мы опровергнем ключевые предсказания теории струн и одновременно получим новые подсказки о темной материи», — отметила Ребекка Хикс из Пенсильванского университета, одна из авторов исследования.

Ученые уже начали предварительный поиск сигнатур 5-плетов в данных ATLAS, одного из детекторов БАК, и проанализировали результаты других экспериментов. На данный момент сигналы не были обнаружены, но была установлена нижняя граница массы: если эти частицы существуют, то их масса должна превышать 650-700 ГэВ, что примерно в пять раз больше массы бозона Хиггса.

Квантовая механика делит все известные частицы на бозоны и фермионы. Авторы данного исследования, физики из США, исследовали вероятность существования третьей группы частиц с помощью математических инструментов и пришли к выводу, что такая возможность действительно существует.