Прощание с суперсимметрией: любимая теория физиков оказалась миражом

Суперсимметрия — теория, согласно которой у каждой известной элементарной частицы существует более тяжёлый «суперпартнёр», — уже полвека остаётся звездой теоретической физики. Её сторонники считают её главной надеждой на решение давних загадок, таких как природа тёмной материи. Скептики же всё это время критиковали особое положение этой теории, так и не подкреплённой экспериментальными подтверждениями. После того как в экспериментах ATLAS и CMS на Большом адронном коллайдере (LHC) был обнаружен бозон Хиггса, все ожидания сместились в сторону суперсимметрии. Но спустя более десяти лет обе коллаборации продолжают оставаться с пустыми руками.

Влияние суперсимметрии на культуру в физике было столь сильным, что даже представить её возможный «конец» было бы трудно. Однако, возможно, этот момент уже наступил: в командах ATLAS и CMS больше не существует рабочих групп, целиком посвящённых суперсимметрии.

Рабочие группы являются опорой исследований ATLAS и CMS, координируя сотни аналитических задач в рамках тематических направлений. В начале 2010-х, когда только начались столкновения на LHC, группы по суперсимметрии были флагманами поисков «новой физики» и пользовались особыми ресурсами и вниманием. В те годы мысль о том, что однажды эти группы исчезнут, шокировала бы многих.

«Суперсимметрия была целой индустрией с 1990-х и до примерно 2015 года. Но отсутствие открытия суперпартнёров после апгрейда LHC и повышения энергии стало переломным моментом для большинства учёных», — говорит Адам Фальковски, теоретик из Лаборатории физики двух бесконечностей имени Ирен Жолио-Кюри (IJCLab, Франция).

Чтобы понять привлекательность суперсимметрии, нужно вернуться к началу 1970-х. В стремлении выйти за рамки Стандартной модели, описывающей все известные элементарные частицы и их взаимодействия, теоретики в СССР и США разработали концепцию суперсимметрии как возможное расширение. Её ключевой идеей стало предположение о существовании у каждой известной частицы сверхпартнёра. Уже вскоре стало ясно, что математический аппарат SUSY может решать множество острых проблем в физике.

Предложенные суперпартнёры стали отличными кандидатами на роль частиц тёмной материи, а сама суперсимметрия дала потенциальные пути к квантовой гравитации. Более того, она оказалась важным элементом теории струн и была ключевым доводом в пользу строительства LHC. Количество научных публикаций по SUSY росло, и теория превратилась в культурный феномен. Популяризаторы науки издавали книги, статьи и давали интервью, создавая ощущение, что её подтверждение — лишь вопрос времени.

«Когда я был студентом, существование SUSY для многих исследователей считалось почти фактом. Это напрямую влияло и на практики найма: значительная часть ведущих учёных публиковалась исключительно в этой теме», — вспоминает Фальковски.

Однако экспериментальных подтверждений не появлялось. Модели суперсимметрии становились всё менее проверяемыми, в основном из-за произвольного набора параметров. Эти модели включали множество неизвестных переменных, которые подбирались вручную, и требовали тонкой настройки, чтобы объяснить, почему SUSY не проявляется в природе. Каждая неудача приводила к пересмотру расчётов в сторону увеличения ожидаемых масс суперпартнёров. «Физики склонны следовать моде, — говорит лауреат Нобелевской премии Шелдон Глэшоу, один из создателей Стандартной модели. — В какой-то момент вера в суперсимметрию напоминала религиозную».

Тем не менее, в простейших моделях SUSY самые лёгкие суперпартнёры должны были быть вполне достижимыми для LHC. Если бы это было не так, они не смогли бы решать те самые задачи, ради которых теория создавалась.

После апгрейда LHC в 2015 году энергия столкновений была почти удвоена — до 13 тераэлектронвольт. Однако и после этого результаты не изменились: никаких следов SUSY. Энтузиазм, ранее столь мощный , начал угасать .

Прошёл ещё десяток лет. В 2023 году ATLAS провёл реструктуризацию своих рабочих групп, перераспределив оставшиеся направления по SUSY между тремя новыми направлениями. Так появилась группа по поиску бозона Хиггса, многобозонным взаимодействиям и суперсимметрии (HMBS), учреждённая в октябре 2024 года. Предварительно коллаборация открыла конкурс на название группы — в результате вспыхнул шквал сарказма, с предложениями вроде «Исследования новой физики» (англ. NOPE — «Нет»), или «Группа всех теорий» (GOAT).

В CMS аналогичный сдвиг произошёл двумя годами ранее: группа SUSY начала включать не-SUSY-анализы, хотя и связанные с теми же «подписями» — сочетаниями наблюдаемых эффектов, которые указывают на определённые физические процессы. В январе 2025 года группа была переименована в более универсальную: «Новая физика со стандартными объектами» (NPS).

«У реструктуризации было две причины: уравнять размеры поисковых групп и перейти к подходу, ориентированному на сигнатуры, чтобы объединить исследования со схожими методами», — объясняет Сесиль Кайоль, исследователь CERN и координатор группы NPS. По её словам, около трети текущих анализов в группе всё ещё связаны с SUSY. Её коллега из ATLAS Сара Альдервейрелт из Эдинбургского университета подчёркивает, что в новой группе также остаётся активный фокус на суперсимметрию: «Мы по-прежнему ведём серьёзную работу по SUSY», — говорит она.

Фальковски, который не связан с этими группами, даёт своё объяснение: «Просто уже недостаточно мотивированных людей, чтобы поддерживать прежний масштаб. Кроме того, с практической точки зрения нет смысла выделять суперсимметрию отдельно — ведь используемые методы часто пересекаются с другими направлениями. В общем, это было единственно разумное решение с учётом того, как изменилась область».

ATLAS и CMS уже изучили все сигнатуры самых простых моделей SUSY и не нашли ничего нового. Но остаются и другие возможности. Ховард Баер, профессор из Университета Оклахомы, указывает на существование более сложных и теоретически обоснованных моделей суперсимметрии с более тонкими следами, которые, возможно, удастся различить в будущих наборах данных LHC.

«Жаль, что увлечение упрощёнными моделями в анализах LHC привело к ослаблению связи между теоретиками и экспериментаторами», — отмечает Баер. По его мнению, проблема в том, что «новые, но крайне маловероятные теории получают такой же вес, как и теории, решающие фундаментальные задачи в физике, как SUSY».

Хотя многие модели мотивированы с точки зрения теории, их почти бесконечное разнообразие давно стало предметом критики скептиков. Иногда эту неопределённость пытаются обойти с помощью ставок: некоторые известные физики заключали пари на конкретные открытия суперсимметрии на LHC. Большинство из них уже признали поражение, но некоторые споры остаются официально неразрешёнными — участники не могут договориться о статусе SUSY.

Однако есть ставка куда крупнее — та, которая охватывает всю физику элементарных частиц: ставка на то, что успех суперсимметрии проложит путь к новому поколению ещё более мощных экспериментов. Вместо этого отсутствие открытий, при том что все частицы Стандартной модели были найдены, делает гораздо труднее обосновать необходимость вложений в следующий ускоритель. Глэшоу отмечает: «Мы уже изрядно истоптали землю, но ничего не нашли. Всё изменится, если когда-нибудь появится новый большой коллайдер... Мы этого не увидим, но, возможно, увидят наши дети».

И даже если такой проект появится, перед физиками встанет сложный выбор: сосредоточиться ли на ещё более высоких энергиях столкновений (чтобы искать новые частицы) или на более точных измерениях уже известных, например, Хиггса — чтобы выявить отклонения. Совместить оба подхода в одной установке в полной мере невозможно.

Фальковски добавляет, что, по его мнению, интерес к «физике за пределами Стандартной модели» будет постепенно снижаться: «Будет всё меньше интереса, меньше публикаций, меньше экспериментаторов, меньше поисков новых частиц. Фокус сместится в сторону точных измерений или вообще уйдёт от физики коллайдеров».

В отличие от прежних десятилетий, сегодня исследователь, работающий исключительно над SUSY, уже вряд ли будет востребован на рынке труда. Баер подтверждает: молодые физики почти не подают заявки на финансирование для работы по суперсимметрии.

Так может случиться, что самый ценный вклад SUSY окажется вовсе не в открытии новых частиц, а в том, как она изменила саму науку. Как сказала эксперт по организации пространства Мари Кондо: «Если вы держите вещь, от которой трудно избавиться, подумайте, зачем она вам. Возможно, вы купили её, потому что она вас тогда порадовала. Это уже исполнение её функции... И если вы поняли, что она вам не подходит — она исполнила ещё одну функцию: она вас этому научила».

Что касается LHC, как отметил один из участников ATLAS в сентябре прошлого года, «суперсимметрия всё ещё остаётся красивой теорией — но больше нет смысла считать её чем-то особенным среди других».