Общая теория относительности блестяще описывает гравитацию и Вселенную в больших масштабах. Квантовая механика столь же блестяще описывает мир субатомных частиц. Проблема в том, что эти две теории отказываются работать вместе: если попытаться описать гравитацию в квантовом масштабе, уравнения «сходят с ума» и уходят в бесконечность. Теория струн была разработана как математическое решение, «укрощающее» эти бесконечности — но ценой введения десяти измерений против четырех и требования невообразимых энергий для экспериментальной проверки.

В отсутствие гигантского коллайдера размером с галактику (именно такой нужен для прямой проверки теории струн) ученые применили статистический метод «бутстрэпа». Суть его состоит в том, чтобы, начав с максимально общих предположений о том, как должны вести себя частицы при столкновениях на высоких энергиях, вывести затем математически, какая теория следует из этих предположений.

Вместо того чтобы с самого начала постулировать существование струн, команда исходила из четырех предположений, сообщает Phys: унитарность, квантово-механическое правило, требующее, чтобы сумма вероятностей равнялась 100 процентам; инвариантность Лоренца, следствие специальной теории относительности, согласно которому законы физики остаются в силе независимо от местоположения или скорости; хорошее поведение при чрезвычайно высоких энергиях; и техническое условие, называемое «минимальным числом нулей», которое отбирает простейшие амплитуды рассеяния.

Исходя только из этих условий, возникли лишь два математических решения — амплитуды Венециано и Вирасоро-Шапиро, — оба являются определяющими предсказаниями теории струн. «Струны просто появились сами собой, — сказал Клиффорд Чеун из Калифорнийского технологического института, один из исследователей. — Изначально мы не исходили ни из каких предположений о струнах, но затем решение стало содержать основные признаки струн».

Результат включает в себя характерную для теории струн бесконечную башню из массивных вращающихся частиц, впервые описанную Габриэле Венециано в конце 1960-х годов.

Авторы подчеркивают: работа не является экспериментальным доказательством теории струн. Она не утверждает, что струны реально существуют. Но она говорит нечто почти столь же важное: если опираться на два очень общих принципа поведения частиц при высоких энергиях, математика не оставляет нам другого выхода, кроме теории струн. По крайней мере, до тех пор, пока не появятся экспериментальные данные, опровергающие предпосылки этого исследования.

Работа ученые демонстрирует, что даже в отсутствие гигантских ускорителей теоретическая физика способна делать сильные утверждения о том, какой должна быть последовательная теория квантовой гравитации — будет ли это теория струн или нечто иное, что мы пока даже не можем вообразить.

Авторы прошлогоднего исследования обнаружили странную группу частиц из пяти членов, которая — если ее удастся обнаружить с помощью Большого адронного коллайдера — могла бы серьезно взбодрить теорию струн и даже дать ключ к тайне темной материи.