Новая модель мультивселенной может объяснить странную особенность бозона Хиггса

Когда в 2012 году исследователи на Большом адронном коллайдере обнаружили неуловимую частицу Хиггса, это стало знаменательным событием для физики частиц. Она решила очень сложную проблему, подтвердив и позволив устоять Стандартной модели физики частиц.

Но, как это часто бывает с новыми открытиями, в то время как на некоторые вопросы были получены четкие ответы, возникли другие. И для бозона Хиггса одним из таких вопросов является его масса. Согласно предсказаниям, частица должна быть примерно в три раза тяжелее, чем 125 гигаэлектронвольт, которыми она обладает.

Мы не знаем точно, почему она не тяжелее, но в новой работе предлагается интересное решение. По мнению физиков Раффаэле Тито Д'Аньоло из Университета Париж Сакле во Франции и Даниэле Терези из ЦЕРНа, проблема может быть решена, если во время Большого взрыва Вселенная состояла из множества вселенных - мультивселенной.

Расчеты физиков не только решают проблему массы бозона Хиггса, но и решают, казалось бы, несвязанную проблему Стандартной модели: сохранение симметрии в силе, которая связывает элементарные частицы, образующие всю обычную материю.

Модель команды начинает Вселенную как множество вселенных. Каждая вселенная в этой мультивселенной имеет свою массу для бозона Хиггса - некоторые довольно тяжелые, а некоторые очень легкие.

Затем физики рассчитали, как эти вселенные будут развиваться с течением времени. Они обнаружили, что вселенные с более тяжелыми бозонами Хиггса стали нестабильными и очень быстро разрушились в результате "большого хруста", за доли секунды.

Вселенные с более легкими бозонами Хиггса выжили. Согласно этому сценарию, наша Вселенная возникла как, возможно, единственная выжившая после катастрофического схлопывания мультивселенной, с очень легким бозоном Хиггса.

В рамках этой модели обнаружилось кое-что любопытное. Сильная сила - одна из фундаментальных сил Вселенной. Она связывает вместе фундаментальные частицы, называемые кварками, в протоны и нейтроны, а затем связывает эти протоны и нейтроны в атомные ядра. Таким образом, она очень важна для дальнейшего существования всего сущего.

Теория, которая описывает сильные силы, называется квантовой хромодинамикой. Согласно большинству моделей квантовой хромодинамики, сильные атомные силы не должны соответствовать симметрии, называемой симметрией заряда и четности, или CP-симметрией, но по какой-то причине они должны соответствовать. Это известно как проблема сильной CP-симметрии.

Д'Аньоло и Терези обнаружили, что симметричные сильные взаимодействия также способствуют предотвращению хруста. Таким образом, сочетание легкого бозона Хиггса и CP-симметрии в сильных силах могло способствовать длительному выживанию нашей Вселенной, в то время как другие бозоны ушли в небытие.

Все это, конечно, очень теоретически, и это лишь одно из многих возможных объяснений массы бозона Хиггса. Но она открывает возможности для исследования, чтобы помочь решить некоторые из других выдающихся загадок нашей Вселенной.

"Наша модель выделяется тем, что она проста, универсальна и решает сразу две, казалось бы, не связанные между собой загадки", - сказал Терези. "И она предсказывает отличительные особенности в данных экспериментов, направленных на поиск темной материи или электрического дипольного момента в нейтроне и других адронах".

Исследование бозона Хиггса - непростая задача, поскольку его время жизни составляет около одной септиллионной доли секунды, прежде чем он распадется на менее массивные частицы. Физики пытаются понять бозон Хиггса, изучая эти менее массивные частицы, но это кропотливый труд.

Будущая экспериментальная работа должна позволить проверить теорию команды, поскольку их работа также предсказала существование новой частицы. Большой адронный коллайдер должен быть снова запущен в конце этого года, после того как в начале 2019 года он был закрыт на модернизацию. Будет интересно посмотреть, что из этого получится. 

Тем временем результаты исследования были опубликованы в журнале Physical Review Letters.