Новый предел для «новой физики»

Российские физики с коллегами из США уточнили, где заканчивается Стандартная модель и начинается «новая физика»

О том, где искать нарушения Стандартной модели, в которых «прячется» так называемая «новая физика», о ближайших перспективах квантовых компьютеров и о важном российско-американском исследовании в области атомной физики «Газете.Ru» рассказал один из его участников — Сергей Порсев.

В ночь на четверг по московскому времени в авторитетном научном журнале Nature опубликована статья группы физиков из США, Японии и России. О содержании работы «Газете.Ru» рассказал один из ее авторов — кандидат физико-математических наук старший научный сотрудник Петербургского института ядерной физики Сергей Порсев.

— В названии статьи присутствует мало понятное широкому кругу читателей словосочетание «Лоренцевская симметрия». Что оно означает?

— Лоренцевская симметрия или Лоренцевская инвариантность означает совсем простую вещь. Уравнения, описывающие законы физики, будут одинаково записаны в любой инерциальной — то есть покоящейся или движущейся равномерно и прямолинейно — системе отсчета. Они также не зависят от ориентации системы отсчета в пространстве. Соответственно, в нашей работе изучена возможность нарушения Лоренцевской инвариантности.

— Как проводилась ваша работа?

— В качестве образца был использован однократно ионизованный кальций, и исследовалась возможность изменения кинетической энергии электрона при изменении направления его импульса.

Были получены новые ограничения на модельные параметры, характеризующие возможное нарушение Лоренцевской инвариантности. Ограничения на некоторые параметры были улучшены в пять раз по сравнению с предыдущими наиболее точными экспериментами такого рода и доведены до уровня 10^–19.

— Это целиком лабораторная, то есть экспериментальная работа?

— Работа складывалась из экспериментальной и теоретической частей. Грубо говоря, есть величина X, характеризующая возможное нарушение Лоренцевской инвариантности, которая и представляет интерес для всего физического сообщества.

Экспериментаторы ее померить напрямую не могут, но могут измерить величину B — изменение энергии, которая связана с X как B = A*X. Задача теоретиков — сосчитать коэффициент A.

Это и было сделано нами с моими коллегами-теоретиками профессором Университета Делавера Марианной Сафроновой и профессором физического факультета Санкт-Петербургского государственного университета Ильей Тупицыным.

— Так что получилось у вас в итоге? Выходят ли изыскания за пределы Стандартной модели?

— В рамках Стандартной модели Лоренцевская инвариантность сохраняется. Предположение о ее нарушении — это выход за рамки Стандартной модели (подробнее о так называемой «новой физике» — тех явлениях, которые Стандартная модель описать не может, — «Газета.Ru» рассказывала полгода назад).

Нарушения Лоренцевской инвариантности нами не обнаружено. В этом плане ничего революционного не произошло.

— И какие же тогда перспективы у вашего направления в целом?

— Хорошие. Уже сейчас понятно, что есть ряд систем, где в недалеком будущем можно получить более сильные ограничения на возможные нарушения Лоренцевской инвариантности.

— А какие-то данные с Большого адронного коллайдера использовались в работе?

— Теоретиками — никакие. Экспериментаторами, насколько я понимаю, — тоже. Дело в том, на БАКе проводятся эксперименты с частицами, разогнанными до огромных энергий, порядка сотен гигаэлектронвольт (ГэВ).

Атомная физика, которой мы занимаемся, имеет дело с низкими энергиями порядка, скажем, нескольких десятков мегаэлектронвольт (МэВ).

В этом плане атомная физика и физика высоких энергий, исследуя одни и те же эффекты, но для разных частей энергетического спектра, хорошо дополняют друг друга.

— Помогали ли вам российские учреждения или работа шла только за рубежом?

— Экспериментальная работа была проведена в Калифорнийском университете в Беркли, теоретическая — в Университете Делавера. То есть работа шла за рубежом.

— Чего вы ожидаете от скорого запуска Большого адронного коллайдера?

— Одним из основных назначений БАКа является изучение «новой физики». В частности, различных расширений Стандартной модели, таких, например, как суперсимметрия. Насколько известно, до настоящего времени никаких экспериментальных подтверждений правильности этой теории обнаружено не было.

Возможно, что на БАКе удастся обнаружить тяжелые «суперсимметричные» партнеры частиц и тем самым доказать состоятельность теории суперсимметрии. Или же, наоборот, окончательно ее «похоронить».

— В последнее время все больше говорят об использовании элементов квантовой физики на бытовом уровне. Стоит ли ждать «квантовой революции»?

— Если речь идет о квантовых компьютерах, то они не скоро вытеснят классические. Во всяком случае, в обозримом будущем это едва ли произойдет.