Ученые из Института гравитационной физики Общества Макса Планка (Германия) и Варшавского университета (Польша) расширили Стандартную модель физики частиц, включив в нее гравитацию. Новое теоретическое построение, которое может оказаться окончательной Теорией всего, предсказывает существование частиц с необычными свойствами. Об этом сообщается в пресс-релизе на Phys.org.
Свойства известных элементарных частиц описываются Стандартной моделью, которая подтверждается экспериментально, но не может объяснить ряд физических явлений (например, происхождение массы, нейтринные осцилляции и происхождение темной массы). Кроме того, Стандартная модель описывает электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие, но не включает гравитацию. Иными словами, она не согласуется с общей теорией относительности при рассмотрении таких явлений, как Большой взрыв или существование горизонта-событий черной дыры.
Для решения этой проблемы ученые предложили различные гипотетические принципы, относящиеся к так называемой Новой физике. Согласно одному из них — суперсимметрии — каждой известной элементарной частице соответствует более тяжелый по массе суперпартнер. Так, известным бозонам соответствуют гипотетические фермионы, а известным фермионам — бозоны. При объединении принципов общей теории относительности и суперсимметрии исчезают некоторые противоречия, возникающие при попытке включения гравитации в квантовую механику. Такую физическую теорию называют супергравитацией. По мнению некоторых ученых, супергравитация является Теорией всего, которая описывает все известные фундаментальные взаимодействия.
Однако при попытке объединения супергравитации со Стандартной моделью возникла проблема. Предсказанные значения заряда элементарных частиц сместились на 1/6 по сравнению с наблюдаемыми значениями (теория предсказывала, что у электрона заряд должен быть не -1, а - 5/6). Для решения этой проблемы ученые модифицировали группу симметрий U(1), благодаря которым электромагнитное взаимодействие удается вписать в суперсимметрию. Это позволило получить симметрии для электромагнитного U(1) и сильного взаимодействия SU(3), известные из Стандартной модели. Но эта модификация не учитывала симметрию SU(2) для слабого взаимодействия.
В новой работе ученые показали, что слабое взаимодействие можно вписать в теорию через бесконечную группу симметрий E10. По словам исследователей, использование этого математического инструмента вместо симметрии SU(2) точно предсказывает число фермионов в Стандартной модели и электрические заряды частиц. Она объясняет, почему поиск частиц Новой физики на Большом адронном коллайдере не был успешным. Кроме того, она предсказывает существование частиц с совершенно новыми свойствами, некоторые из которых можно обнаружить с помощью современного оборудования.