За пределами
Стандартной модели
Стандартная модель — самая успешная физическая модель всех времён и одновременно явно неполная. Она не объясняет тёмную материю, не объясняет гравитацию, не объясняет преобладание материи во Вселенной.
Открытые проблемы Стандартной модели
Стандартная модель описывает все известные элементарные частицы и три из четырёх фундаментальных сил с поразительной точностью. Аномальный магнитный момент мюона был предсказан с точностью до долей на миллион — хотя между различными теоретическими методами расчёта до сих пор существует неразрешённое напряжение. Масса бозона Хиггса была теоретически ограничена ещё примерно за 35 лет до его открытия, с конца 1970-х годов. Это одна из самых проверенных теорий в науке.
И тем не менее физики знают, что она неполна. Не потому, что эксперименты её опровергли, а потому, что модель просто не даёт ответов на центральные вопросы космологии и физики. Известно как минимум шесть фундаментальных пробелов:
Теории за пределами Стандартной модели
Из чего на самом деле состоит Вселенная
Лишь 5 % Вселенной составляет видимая материя, которую описывает Стандартная модель. 27 % — это тёмная материя: форма материи, которая гравитационно взаимодействует, но не излучает, не поглощает и не отражает свет. 68 % — это тёмная энергия: загадочный эффект антигравитации, ускоряющий расширение Вселенной.
Самый сильный кандидат на роль тёмной материи — WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) — гипотетические частицы, взаимодействующие только посредством слабой силы и гравитации. Несмотря на десятилетия поисков с помощью экспериментов прямого детектирования (LZ/LUX-ZEPLIN, XENON, PandaX), WIMPs пока не обнаружены. Это исключает большие области параметров, но оставляет ещё много возможностей открытыми.
Будущее физики частиц
Следующее поколение экспериментов обещает новые открытия: High-Luminosity LHC (HL-LHC), как ожидается, начиная с 2030 года резко увеличит частоту столкновений и сделает доступными редкие процессы. Проекты новых ускорителей могли бы напрямую порождать новую физику: FCC (Future Circular Collider, планируемая длина тоннеля ~91 км) на своей финальной стадии FCC-hh должен достичь энергий вплоть до 100 ТэВ; ILC (International Linear Collider), напротив, планируется как прецизионная «фабрика Хиггса» на энергиях от 250 до максимум примерно 500 ГэВ — 1 ТэВ, а не в диапазоне 100 ТэВ.
Детекторы гравитационных волн (LIGO, LISA), нейтринные телескопы (IceCube), миссии по изучению реликтового излучения и прямые детекторы тёмной материи открывают новые окна в исследовании Вселенной. Следующее большое открытие в физике частиц может произойти как на ускорителе, так и с помощью космического инструмента наблюдения.
Стандартная модель останется той основой, на которой всё держится, — но это основа, которая ждёт дополнения. Вопрос не в том, будет ли найдена новая физика, а в том, когда и какая именно. Каждое измерение на LHC, каждый взгляд в глубины космоса, каждый детектор глубоко под землёй — ещё один фрагмент мозаики более глубокой теории природы.
Физики мечтают о «теории всего» — едином математическом каркасе, который описывал бы все четыре фундаментальные силы, все частицы и структуру пространства и времени в рамках единой согласованной теории. Достижима ли она вообще, не знает никто. Но поиски этой теории уже дали человечеству самые глубокие прозрения в природу реальности, какие оно когда-либо получало.