Около полувека физики пытаются создать теорию, которая могла бы объединить все четыре фундаментальных взаимодействия, описать известные элементарные частицы и предсказать новые. До сих пор, однако, эти попытки не получили экспериментального подтверждения, и Стандартная модель остается лучшим описанием квантового мира.

Профессор Кшиштоф Майсснер из Варшавского университета и профессор Герман Николаи из Института им. Макса Планка в Потсдаме представили новую систему, обобщающую Стандартную модель и включающую в описание гравитацию. В ней говорится о новом виде симметрии, который ранее не использовался для описания элементарных частиц, пишет Phys.org.

На языке физики симметрия означает не совсем то, что в обыденной жизни. Например, неважно, упадет ли мяч сейчас или через минуту, его падение от этого не изменится. Это пример определенной симметрии: законы физики остаются неизменными с ходом времени. И если бросить мяч с той же высоты в разных точках, результат снова будет одинаковым. Это значит, что законы физики также симметричны в пространстве.

В 1970-х началась разработка теории суперсимметрии для описания симметрии между фермионами и бозонами. Фермионы — элементарные частицы с полуцелым значением спина. К ним относятся кварки и лептоны. Бозоны — это частицы с целым значением спина, к которым принадлежит фотоны, глюоны, W- и Z-бозоны и бозоны Хиггса.

Использование суперсимметрии для построения общей теории привело к появлению теорий супергравитации. Физики заметили, что в теориях супергравитации в четырех измерениях пространства-времени не может быть больше восьми суперсимметрических вращений. Одна из проблем обобщения Стандартной модели с супергравитацией N=8 выражается в электрических зарядах кварков и лептонов и была сформулирована еще 30 лет назад американским физиком Мюрреем Гелл-Маном.

Майсснер и Николаи разработали новый подход к генерализации симметрий Стандартной модели, отличных от всех других попыток.

Они показали, как добавить к этой теории слабое взаимодействие с симметрией, SU (2), и объяснили, почему все предыдущие попытки обнаружения новых частиц не увенчались успехом.

С их точки зрения, SU (2) — лишь приближенное выражение для малых и высоких энергий. И механизм, примиряющий электрические заряды частиц, и уточнение, включающее слабое взаимодействие, относится к группе симметрии Е10. В отличие от других групп, которые использовались ранее в объединяющих теориях, Е10 — бесконечная группа, очень слабо изученная, даже с математической точки зрения.

«Впервые у нас есть система, которая точно предсказывает структуру фермионов в Стандартной модели — кварков и лептонов — и делает это с правильными электрическими зарядами», — говорит профессор Майсснер. По его словам, «огромный сюрприз в том, что подходящая симметрия оказалась огромной группой Е10. Если дальнейшие исследования подтвердят роль этой группы, это будет свидетельствовать о радикальных изменениях в нашем знании о симметрии природы».

Кроме того, модель Майсснера и Николаи предсказывает существование новых частиц с необычными свойствами, и по крайней мере некоторые из них могут присутствовать в нашем непосредственном окружении. Впрочем, их поиски — дело отдельного исследования.