Физики ЦЕРН на Большом адронном коллайдере (БАК) охотятся за гравитонами. Это - гипотетические частицами, которые, согласно теории струн, могут уносить энергию в дополнительные измерения, открывая путь к параллельным мирам.
Поиск велся в рамках экспериментов до июня 2026 года, когда работу ускорителя приостановили на модернизацию до 2030 года.
Зачем физикам понадобилось объединять гравитацию с квантовой теорией и как столкновения частиц могут выдать присутствие иных измерений — в этом материале.
Главные мысли за 1 минуту
- Теория струн предсказывает существование дополнительных измерений помимо привычных трех пространственных и одного временного; гравитон — гипотетический переносчик гравитации — может покидать наш мир через эти измерения.
- В 2015 году детекторы БАК зафиксировали резонанс с энергией около 750 гигаэлектронвольт, который мог быть сверхтяжелым бозоном, распадающимся на пары фотонов — позже этот результат не подтвердился.
- В 2025 году физики из Пенсильванского университета и Университета штата Аризона предложили искать пятичленный мультиплет (5-plet) — структуру из пяти частиц, обнаружение которой могло бы поставить под сомнение основы теории струн.
- Если гравитон ускользнет из зоны действия детекторов, это проявится как дисбаланс импульса и энергии в событии столкновения частиц.
- С июня 2026 года Большой адронный коллайдер остановлен на плановую модернизацию, которая продлится до 2030 года.
Теория струн: от струн к гравитонам
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 — 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 гравитон может выдать дополнительные измерения
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.
Аномалия 2015 года и проверка теории струн
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 трудно проверить экспериментально, тем более что в ней фигурируют 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.
Коллайдер остановлен, но исследования продолжаются
В июне 2026 года работу Большого адронного коллайдера приостановили, отправив на плановую модернизацию до 2030 года.
Несмотря на паузу в наборе данных, обработка уже полученных результатов продолжается, и физики надеются найти в них следы гравитонов или других экзотических частиц, способных пролить свет на устройство мироздания.