ЦЕРН ищет параллельные миры: как Большой адронный коллайдер проверяет теорию струн

Одна из важнейших нерешенных задач теоретической физики — объединение гравитации с квантовой теорией. В повседневной жизни мы привыкли к трем измерениям пространства и одному — времени. Стандартная модель в физике описывает электромагнитные, сильные и слабые взаимодействия всех элементарных частиц, но не включает гравитацию, а также не объясняет природу темной материи и темной энергии.

Теория струн и дополнительные измерения

Теория струн — одна из попыток объединить существующие теории — предсказывает наличие других измерений. Согласно теории струн, элементарные частицы — это не точечные, а невероятно малые одномерные протяженные объекты — так называемые квантовые струны. Их возбужденные состояния соответствуют различным частицам, в том числе гравитонам — гипотетическим частицам, переносчикам гравитационного взаимодействия.

Согласно некоторым теориям, гравитон связан с гравитацией так же, как фотон связан с электромагнитной силой. Как поясняют в ЦЕРН, если бы гравитоны существовали, их можно было бы создать на Большом адронном коллайдере, но они быстро исчезли бы в дополнительных измерениях.

Как ищут гравитоны на БАК

Когда частицы сталкиваются в ускорителях, всегда образуются сбалансированные события — продукты столкновения, подобно фейерверку, разлетаются во всех направлениях. Исследователи ожидают, что гравитон, ускользнув из области детекторов, оставит «пустое место». Это проявится как дисбаланс импульса и энергии. Изучив параметры события, в ЦЕРН смогли бы выяснить, был ли это гравитон, ушедший в другое измерение, или что-то еще.

В 2015 году детекторы обнаружили признаки существования резонанса, который мог соответствовать массивной короткоживущей частице — сверхтяжелого бозона, чей распад порождает пары фотонов с общей энергией около 750 гигаэлектронвольт. Более поздний анализ этот результат не подтвердил.

Теорию струн сложно подтвердить. Большинство предсказаний сложно проверить экспериментально, да еще тут возникает 10 или 11 измерений. В 2025 году физики из Пенсильванского университета и Университета штата Аризона решили пойти другим путем — найти частицы, которые струнная теория описать не может. Кандидатом стала структура из пяти частиц — пятичленный мультиплет (5-plet). По расчетам ученых, если его удастся обнаружить с помощью Большого адронного коллайдера, это может поставить под сомнение основы теории струн.

В июне 2026 года работу Большого адронного коллайдера приостановили, отправив на плановую модернизацию до 2030 года. После возобновления работы ученые продолжат поиски гравитонов и других подтверждений теории струн, а также проверку альтернативных гипотез.