Uma breve história da teoria física da grande unificação

Lawrence Kraus é um físico teórico, cosmologista, diretor do projeto Origins, fundador da Escola de Pesquisas Espaciais e Espaciais da Arizona State University. Ele é autor de livros best-sellers como O Universo do Nada e A Física de Star Trek. Tradução de um trecho de seu futuro livro, "A maior história contada até agora: por que estamos aqui?" [A maior história já contada - até agora: por que estamos aqui?].



Antes da descoberta da partícula de Higgs em 2012, os especialistas em física de partículas sonhavam com dois tipos de pesadelos. A primeira é que eles não encontrarão nada no Large Hadron Collider (LHC). Nesse caso, seria o último grande acelerador construído para sondar a estrutura fundamental do universo. A segunda é que eles encontrarão a partícula de Higgs prevista pelo físico teórico Peter Higgs em 1964 no LHC ... e nada mais.

Cada descoberta de um nível de realidade nos mostra os seguintes níveis. Portanto, cada descoberta importante na ciência geralmente nos deixa com mais perguntas do que respostas. Mas, geralmente, nos fornece pelo menos um diagrama do caminho a seguir, ajudando-nos a procurar respostas para novas perguntas. A descoberta bem-sucedida da partícula de Higgs e a confirmação da existência no espaço de um fundo invisível do campo de Higgs (no mundo quântico, cada partícula, como uma partícula de Higgs, está associada a um campo), tornou-se uma confirmação importante das ousadas descobertas científicas do século XX.



Mas as palavras de Sheldon Lee Glashow não perderam sua relevância: a partícula de Higgs é semelhante a um esgoto. Ela esconde todos os detalhes desordenados sobre os quais não queremos falar. O campo de Higgs interage com a maioria das partículas elementares quando se movem no espaço e cria uma força de resistência que diminui o movimento e dá a aparência de massa. Portanto, as massas de partículas elementares medidas por nós e possibilitando nosso mundo familiar são uma espécie de ilusão, um acidente de nossa percepção.

Essa ideia pode parecer elegante, mas na verdade é uma adição especial ao Modelo Padrão de Física - explicando três das quatro forças conhecidas e como elas interagem com a matéria. Foi adicionado à teoria para satisfazer os requisitos necessários para uma descrição precisa do nosso mundo. Mas a própria teoria não exige isso. O Universo poderia existir facilmente com partículas sem massa e interação fraca de longo alcance (uma das quatro interações - o restante será forte, força eletromagnética e gravitacional). Simplesmente não seríamos nós e nossas perguntas. Além disso, a física exata do modelo de Higgs não é definida apenas dentro do modelo padrão. A partícula pode ser 20 vezes mais pesada ou 100 vezes mais leve.

Então, por que isso existe? E por que ela tem tanta massa? (Considerando que quando um cientista faz a pergunta "Por quê?", Na verdade ele quer dizer "Como?"). Se não houvesse partícula de Higgs, não haveria um mundo como o que observamos - mas isso claramente não pode ser chamado. uma explicação Ou é possível? Entender a base da física de Higgs significa entender como nós mesmos aparecemos. Quando perguntamos: "Por que estamos aqui?", Com efeito, perguntamos: "Por que o Higgs está aqui?" E o modelo padrão não pode responder a essa pergunta.

Existem algumas dicas que vêm de uma combinação de teoria e experimento. Logo após estabelecer a estrutura clara do Modelo Padrão, em 1974, e muito antes da confirmação experimental de seus detalhes na década seguinte, dois grupos diferentes de físicos de Harvard, nos quais Sheldon Lee Glashow e Stephen Weinberg trabalharam, notaram algo interessante. Glashow, junto com Howard Georgie , fez o que sabia melhor: procurando padrões nas partículas e interações existentes e novas possibilidades usando a teoria matemática dos grupos.

No Modelo Padrão, interações fracas e eletromagnéticas são combinadas em altas energias em uma única força, que os físicos chamam de "eletro-fracos". Isso significa que a mesma matemática controla a interação fraca e eletromagnética, ambas obedecem às mesmas simetrias e essas duas forças são reflexos diferentes da mesma teoria unificada. Mas a simetria é "espontaneamente quebrada" pelo campo de Higgs interagindo com partículas que transferem interação fraca, mas não com partículas portadoras eletromagnéticas. Essa propriedade da natureza leva ao fato de que essas duas interações parecem separadas e diferentes nas escalas disponíveis para nossas medições - enquanto a interação fraca funciona a curtas distâncias e a interação eletromagnética a longas distâncias.

Georges e Glashow tentaram expandir essa idéia e conectar forte interação com eles, e descobriram que todas as partículas conhecidas e três interações sem gravidade se encaixam naturalmente em uma estrutura fundamentalmente simétrica. Eles argumentaram que essa simetria pode espontaneamente quebrar em alguma escala de energia ultra alta (e a curta distância), que está além das capacidades dos experimentos modernos, e dar origem a duas simetrias separadas - interações fortes e eletrofracas. Como resultado, em energias mais baixas e em grandes distâncias, a simetria eletrofraca é destruída, dividindo a interação eletrofraca em fraca, agindo a curtas distâncias e eletromagnética, agindo por muito tempo.

Eles chamaram modestamente essa teoria de Grande Teoria da Unificação (TVO).

Na mesma época, Weinberg e Georgie, juntamente com Helen Quinn, notaram algo interessante, desenvolvendo o trabalho de Frank Wilchek, David Gross e David Politzer. Se a pequenas distâncias a forte interação se torna mais fraca, o eletromagnético e o fraco se tornam mais fortes.

Não era necessário haver sete vãos na testa para se interessar se a força de três interações diferentes em pequena escala coincide. Após o cálculo, eles descobriram (com a precisão com que as interações foram medidas) que essa união é possível, mas apenas a distâncias 15 ordens de magnitude menores que o tamanho do próton.

Se o TVO foi o proposto por Howard Georgie e Glashow - isso foi uma boa notícia, porque se todas as partículas que observamos na natureza forem combinadas dessa maneira, haverá novas partículas ( bósons de calibração ) que forneçam uma conexão entre os quarks (dos quais prótons e nêutrons) e elétrons com neutrinos. E isso significaria que os prótons podem decair em partículas mais leves, o que podemos observar em princípio. Como escreveu Glashow, "os diamantes não são para sempre".

E mesmo assim, sabia-se que a vida útil do próton é extremamente longa. Não apenas porque ainda existimos 14 bilhões de anos após o Big Bang, mas também porque não morremos de câncer na infância. Se a vida útil média dos prótons fosse inferior a um bilhão de bilhões de anos, na infância, prótons suficientes decairiam em nossos corpos, de modo que sua radiação nos mataria. Na mecânica quântica, todos os processos são probabilísticos. Se o próton médio vive um bilhão de bilhões de anos e se você tem um bilhão de bilhões de prótons, um deles decairá em média a cada ano. E em nosso corpo muito mais que um bilhão de bilhões de prótons.

No entanto, com uma escala incrivelmente pequena de distâncias e, conseqüentemente, com uma escala de massa tão grande, associada à quebra de simetria espontânea no TVO, os novos bósons de calibração recebem massas enormes. E isso levaria ao fato de que as interações por eles controladas ocorreriam a distâncias tão pequenas que seriam incrivelmente fracas do ponto de vista de prótons e nêutrons. Como resultado, embora os prótons possam decair, no nosso caso, antes disso, eles podem sobreviver, talvez um milhão de bilhões de bilhões de anos.

Graças aos resultados obtidos por Glashow com Georgie, além de Georges com Quinn e Weinberg, as expectativas de uma grande síntese estavam no ar. Após o sucesso da teoria da eletrofraca, os físicos de partículas eram ambiciosos e acreditavam em uma unificação subsequente.

Como você sabe se essas idéias são verdadeiras? Era impossível construir um acelerador capaz de trabalhar com energias um milhão de bilhões de vezes maior que a massa restante de prótons. A circunferência de tal máquina teria que se comparar com a órbita da lua. E mesmo que fosse possível, como resultado do fracasso do supercondutor de supercondutores, nenhum governo aprovaria essa estimativa [este colisor, também chamado Desertron, seria construído no Texas nos anos 90, mas devido a problemas de orçamento, o projeto foi cancelado. Foi planejado que sua circunferência fosse de 87,1 km. Foram gastos US $ 2 bilhões em construção e o custo final foi estimado em US $ 12 bilhões - aprox. transl.].

Felizmente, havia outra maneira - usar a probabilidade descrita por mim, limitando a vida útil do próton. Se o TVO prevê uma vida útil de prótons de um bilhão e bilhões de bilhões de anos, você precisará colocar um bilhão de bilhões de bilhões de prótons em um detector e, em média, um deles decairá a cada ano.

E onde conseguir tantos prótons? É simples: em 3000 toneladas de água.

Tudo o que era necessário para isso era colocar um tanque de água no escuro, garantir que não houvesse fundo radioativo neste local, cercá-lo com fotocélulas sensíveis capazes de detectar flashes de luz no detector e esperar um ano para que um flash de luz aconteça quando o próton decair. Parece assustador, mas, no entanto, foi de acordo com esse esquema que pelo menos duas grandes plantas experimentais foram pagas e construídas - uma subterrânea em uma mina de sal perto do Lago Erie (IMB), a outra em uma mina de zinco Kamioka no Japão (Kamiokande). As minas foram usadas para cortar raios cósmicos, no contexto dos quais seria impossível notar a decadência do próton.


Large Hadron Collider

Ambos os experimentos começaram a funcionar em 1982-1983. Os cientistas ficaram tão empolgados com a TVO que esperavam com confiança o sinal aparecer em breve. Nesse caso, o TVO seria o culminar de uma década de tremendo desenvolvimento e descobertas na física de partículas - sem mencionar o próximo Nobel de Glashow e, possivelmente, um pouco mais.

Infelizmente, neste caso, a natureza não era tão gentil. Nenhum sinal apareceu no primeiro ano, nem no segundo, nem no terceiro. O modelo simples e elegante de Glashow e Georgie logo teve que ser rejeitado. Mas a febre da TBO já havia capturado cientistas e era difícil se livrar dela. Outras sugestões foram feitas em relação às teorias da unificação, devido às quais o decaimento dos prótons iria além do escopo dos experimentos atuais.

Em 23 de fevereiro de 1987, aconteceu outro evento, demonstrando novamente um aforismo quase universal: cada nova janela do Universo nos pega de surpresa. Naquele dia, um grupo de astrônomos em placas fotográficas acumuladas durante a noite descobriu a estrela explosiva mais próxima (supernova) de tudo o que vimos nos últimos 400 anos. Essa estrela, localizada a 160.000 anos-luz de nós, estava na Grande Nuvem de Magalhães , uma pequena galáxia, um satélite da Via Láctea, que pode ser vista no hemisfério sul.

Se nossas teorias sobre estrelas explosivas forem verdadeiras, a maior parte da energia que elas emitem deve assumir a forma de um neutrino, apesar do fato de que a luz de sua explosão é o mais brilhante dos fogos de artifício cósmico (e eles explodem sobre uma estrela em uma galáxia em 100 anos). Cálculos aproximados mostraram que os detectores de água IMB e Kamiokande tiveram que detectar cerca de 20 colisões com neutrinos. E quando os pesquisadores desses detectores estudaram os dados daquele dia, a IBM encontrou 8 candidatos em um intervalo de 10 segundos e no Kamiokand-11. Para a física de neutrinos, era apenas um mar de dados. A astrofísica dos neutrinos amadureceu de repente. Provavelmente, 1900 trabalhos científicos de vários físicos (inclusive eu) foram baseados nesses 19 eventos, que perceberam que esse evento abriu uma janela sem precedentes para nós nos núcleos de estrelas explosivas e no laboratório não apenas para a astrofísica, mas também para a física de neutrinos.

Impulsionados pela idéia de que grandes detectores de decaimento de prótons podem se tornar simultaneamente detectores astrofísicos de neutrinos, vários grupos de cientistas começaram a construir uma nova geração desses detectores de dupla finalidade. O maior foi reconstruído na mina de Kamioka e batizado de Super Kamiokande - e por boas razões. Este gigantesco reservatório de água pesando 50.000 toneladas, cercado por 11.800 fotocélulas, trabalhava em uma mina existente, e o experimento foi realizado com limpeza de laboratório. Isso era necessário, pois com um detector tão grande era necessário cuidar não apenas dos raios cósmicos externos, mas também dos contaminantes radioativos internos que eclipsariam todos os sinais úteis.

Enquanto isso, o interesse em neutrinos astrofísicos também estava no auge. O sol emite neutrinos como resultado de reações nucleares ocorrendo em seu núcleo, e por 20 anos o físico Ray Davis descobriu neutrinos solares, mas os eventos ocorreram três vezes menos do que o que os melhores modelos do Sol previram. Um novo tipo de detector de neutrino solar chamado Sudbury Neutrino Observatory (SNO) foi construído na mina de Sudbury, no Canadá.

Até o momento, o Super Kamiokande trabalha quase continuamente, às vezes passando por várias melhorias, há 20 anos. Nenhum sinal de decaimento de prótons e nenhuma nova supernova foi observada desde então. No entanto, a observação precisa de neutrinos, juntamente com observações adicionais sobre o SNO, confirmou inequivocamente a realidade da deficiência de neutrino solar descoberta por Ray Davis. Verificou-se que o déficit não existe devido aos fenômenos astrofísicos que ocorrem no Sol, mas devido às propriedades dos neutrinos. Ficou claro que pelo menos um dos três tipos de neutrinos não possui massa. Como os neutrinos não estão incluídos no Modelo Padrão, essa foi a primeira observação confirmada de que algumas novas físicas funcionam fora do Modelo Padrão e de Higgs.

Neutrinos de alta energia bombardeiam regularmente a Terra depois que prótons de raios cósmicos de alta energia colidem com a atmosfera e produzem um amplo chuveiro de partículas subatômicas secundárias, onde esses neutrinos também são encontrados. Observações deles mostraram que o segundo tipo de neutrino também possui massa. É um pouco maior que o primeiro, mas muito menor que a massa do elétron. Por essa observação, as equipes da SNO e Kamiokande receberam um Prêmio Nobel em 2015 - uma semana antes de eu começar a escrever este livro. Até hoje, essas alusões sedutoras à nova física não foram explicadas usando nossas teorias.

A ausência de decaimento de prótons foi uma decepção, mas não uma surpresa completa. Desde o momento em que o TVO foi proposto, o cenário da física passou por mudanças. Medidas mais precisas dos valores das três interações não-gravitacionais, juntamente com cálculos mais complicados de mudanças em sua magnitude com a distância, mostraram que, se apenas existem partículas do Modelo Padrão na natureza, as forças dessas três interações não serão combinadas em uma escala. Para que a Grande Unificação aconteça, uma nova física terá que existir, localizada em uma escala de energia que supera tudo o que observamos até agora. E a presença de novas partículas não apenas mudaria a escala de energia para combinar as três interações, mas também aumentaria a escala do TBO, reduzindo assim a taxa de decaimento do próton - e aumentando sua vida útil além de milhões de bilhões de bilhões de anos.


Large Hadron Collider

Paralelamente a esses eventos, os teóricos usavam ativamente novas ferramentas matemáticas para estudar um novo tipo provável de simetria, que eles começaram a chamar de supersimetria. Essa simetria fundamental difere de outras conhecidas por ligar dois tipos diferentes de partículas - férmions (partículas com um giro meio inteiro) e bósons (partículas com um giro inteiro). E o ponto principal é que, se essa simetria é observada na natureza, então para cada partícula conhecida no Modelo Padrão deve haver pelo menos uma nova partícula. Para cada novo bóson, um férmion deve existir. Para cada férmion, um bóson.

Como não observamos essas partículas, essa simetria não pode se manifestar no nível do universo acessível a nós e, portanto, deve ser quebrada - o que significa que novas partículas devem ter massas grandes o suficiente para não serem encontradas nos aceleradores existentes ainda.

O que é tão atraente em simetria que de repente dobra o número de partículas na natureza quando não há evidências de sua existência? Na maior parte, ela é seduzida pela Grande Unificação. Como se o TVO existe em uma escala de massa de 15 a 16 ordens de magnitude, maiores quantidades de repouso de prótons são 13 ordens de magnitude maiores que as escalas nas quais a simetria eletrofraca é quebrada. A questão é como e por que, nas leis fundamentais da natureza, existe uma lacuna tão grande na escala. Em particular, se Higgs é realmente a última partícula do Modelo Padrão, surge a pergunta: por que a escala de energia de quebra de simetria de Higgs é 13 ordens de magnitude menor que a escala de quebra de simetria de algum novo campo que quebra a simetria de TBO em interações separadas?

E o problema é ainda pior do que parece.Se considerarmos os efeitos de partículas virtuais (surgindo e desaparecendo tão rapidamente que sua existência pode ser confirmada apenas indiretamente), incluindo partículas de massa arbitrariamente grande (como partículas de medição do suposto TBT), fica claro que a massa e a escala da quebra de simetria de Higgs aumentam tanto que aproximando-se da vasta escala do TVO. Daí o chamado o problema da naturalidade . Tecnicamente falando, a existência de uma enorme hierarquia de escalas não é natural , desde aquelas nas quais a partícula de Higgs quebra a simetria eletrofraca e naquelas em que a simetria da TVO é quebrada por um novo campo escalar, seja ele qual for.

O físico matemático Edwart Whitten escreveu em seu trabalho histórico de 1981 que a supersimetria tem uma propriedade especial. Pode reduzir o efeito de partículas virtuais de massa e energia arbitrariamente grandes sobre as propriedades do mundo nas escalas disponíveis para nossas observações. Como férmions virtuais e bósons virtuais da mesma massa levam a correções quânticas idênticas, além do sinal, então se cada bóson corresponde a um férmion da mesma massa, os efeitos quânticos das partículas virtuais são aniquilados mutuamente. E isso significa que o efeito de partículas virtuais de massa e energia arbitrariamente grandes sobre as propriedades do mundo nas escalas disponíveis para nossas observações desaparecem completamente.

Se a própria supersimetria for quebrada (como deveria ser, caso contrário, todos os parceiros supersimétricos da matéria comum teriam a mesma massa que as partículas comuns, e nós os descobriríamos há muito tempo), então as correções quânticas não são destruídas. Eles levam a acréscimos às massas em escalas comparáveis ​​àquelas em que a supersimetria é quebrada. Se fossem comparáveis ​​à escala da violação da simetria eletrofraca, isso explicaria a escala da massa de Higgs.

Isso também significa que se pode esperar a observação de um monte de novas partículas - parceiros supersimétricos da matéria comum - nas escalas que o LHC está investigando.

Isso resolveria o problema da naturalidade, uma vez que protegeria as massas do bóson de Higgs das correções quânticas, o que as levaria à escala de energia do TVO. A supersimetria pode permitir a existência de uma grande hierarquia “natural” de energia e massa, dividindo a escala eletrofraca e a escala do TVO.

O fato de a supersimetria, em princípio, poder resolver o problema da hierarquia aumentou sua atratividade para os físicos. Os teóricos começaram a explorar modelos realistas, incluindo a quebra da supersimetria e outras consequências dessa idéia. Depois disso, o "valor de troca" da supersimetria quebrou todos os recordes. Como, se incluirmos a possibilidade de quebra espontânea da supersimetria nos cálculos de mudanças em três interações não gravitacionais, dependendo da distância, verifica-se que a força dessas três interações naturalmente converge repentinamente para uma escala de pequenas distâncias. O TVO está de volta em operação!

Modelos com supersimetria quebrada têm mais um recurso atraente. Muito antes da descoberta do quark superior, foi demonstrado que, se o quark superior for pesado, por meio da interação com outros parceiros supersimétricos, ele poderá contribuir para correções quânticas nas propriedades da partícula de Higgs, o que levará a uma alteração no campo de Higgs. Se a Grande Unificação acontece em uma escala muito maior de energias, o campo de Higgs deve formar um fundo coerente em todo o espaço no nível de energia em que as medições atuais ocorrem. Em resumo, a escala de energia da quebra de simetria eletrofraca pode ocorrer naturalmente em uma teoria na qual o VO ocorre em uma escala muito maior. E quando o quark superior foi descoberto e estabelecido que era realmente pesado,isso aumentou a atratividade da possibilidade de que a quebra de supersimetria seja responsável pelas escalas de energia observadas de interação fraca.

Mas tudo isso tem um preço. Para que uma teoria funcione, deve haver dois bósons de Higgs, não um. Além disso, em um acelerador como o LHC, seria necessário encontrar novas partículas supersimétricas - é capaz de sondar a nova física na região das escalas eletrofracas. E, finalmente, o que pareceu uma restrição muito rigorosa por algum tempo - o mais leve dos Higgs não podia ser muito pesado, ou esse mecanismo não funcionaria.

Como a busca por Higgs continuou sem muito sucesso, os aceleradores se aproximaram consistentemente do limite superior teórico da massa de luz de Higgs em teorias supersimétricas. Esse valor foi de cerca de 135 massas de prótons, e os detalhes já dependiam do modelo específico. Se Higgs não fosse encontrado nessa escala, isso significaria que todo o hype em torno da supersimetria ainda seria hype.

Mas acabou de maneira diferente. Higgs encontrado no LHC tem uma massa de 125 vezes o próton. É possível que cheguemos a uma grande síntese.

Até o momento, a resposta não é clara. Sinais da presença de novas partículas supersimétricas, se existissem, deveriam ter sido tão claramente visíveis no LHC que alguns físicos pensaram que as chances de descobrir a supersimetria eram muito mais propensas a encontrar Higgs. Mas tudo deu errado. Após três anos de operação, nenhum sinal de supersimetria é visível. A situação está se tornando desconfortável. As restrições mais baixas impostas às massas dos parceiros supersimétricos da matéria comum aumentam o tempo todo. Se eles subirem muito alto, a escala de quebra de supersimetria não estará mais próxima da escala eletrofraca, e muitas propriedades atraentes de quebra de supersimetria que permitem resolver o problema da hierarquia simplesmente evaporarão.

Mas a esperança permanece, e o LHC está ligado novamente, já com uma energia mais alta. É possível que partículas supersimétricas sejam detectadas em breve.



Sua detecção levará a outro resultado importante. Um dos maiores mistérios da cosmologia é a natureza da matéria escura, que parece dominar todas as galáxias que vemos. Existe tanto que não pode consistir nas mesmas partículas que a matéria normal. Se consistisse em partículas normais, então, por exemplo, previsões sobre a abundância de elementos leves como o hélio obtido durante o Big Bang não seriam consistentes com as observações. Portanto, os físicos estão bastante confiantes de que a matéria escura consiste em um novo tipo de partículas elementares. Mas qual?

O parceiro supersimétrico mais leve da matéria comum na maioria dos modelos é completamente estável e suas propriedades são muito parecidas com os neutrinos. Ele interagia fracamente e era eletricamente neutro, para não absorver ou emitir luz. Além disso, os cálculos de 30 anos atrás, nos quais eu também participei, mostraram que a abundância residual da partícula supersimétrica mais leve remanescente após o Big Bang acabaria naturalmente sendo tal que corresponderia à dominância pela massa de matéria escura nas galáxias.

Nesse caso, nossa galáxia teria um halo de partículas de matéria escura assobiando por suas partes, incluindo a sala em que você a lê. Como muitos de nós já entendemos há muito tempo, isso significa que você pode desenvolver detectores subterrâneos sensíveis que são semelhantes, ainda que em essência, aos detectores de neutrinos existentes e detectar diretamente partículas de matéria escura. Uma dúzia de excelentes experiências ao redor do mundo estão tentando fazer exatamente isso. Mas até agora ninguém encontrou nada.

Portanto, agora vivemos tempos melhores ou piores. Existe uma disputa entre o LHC e os detectores subterrâneos de matéria escura pelo direito de ser o primeiro a descobrir sua natureza. Se um grupo anunciar sua descoberta, ele dará início à descoberta de um mundo totalmente novo de descobertas, potencialmente levando a um entendimento da própria TVO. E se não houver descobertas nos próximos anos, será possível excluir a opção de origem supersimétrica da matéria escura - e, em geral, toda a idéia da supersimetria como solução para o problema da hierarquia. Nesse caso, você terá que voltar ao quadro, no entanto, na ausência de quaisquer sinais do LHC, não teremos um entendimento de qual direção devemos seguir para desenvolver um novo modelo da natureza.

Tudo se tornou muito mais interessante quando o LHC descobriu um possível sinal nos prometendo uma nova partícula seis vezes mais pesada que o Higgs. As características desta partícula não correspondiam às características esperadas de nenhum dos parceiros supersimétricos da matéria comum. Geralmente, ao processar um grande conjunto de dados, as sugestões mais sedutoras de sinais desaparecem e, seis meses após o aparecimento desse sinal e processamento de dados, elas desapareciam. Caso contrário, ele poderia mudar toda a nossa idéia de TVO e simetria eletrofraca, sugerindo a existência de uma nova interação fundamental e um novo conjunto de partículas associadas a ela. Mas, embora tenha levado ao aparecimento de esperançosos trabalhos científicos teóricos, a natureza decidiu à sua maneira.

Mas uma equipe de físicos não se preocupa com a ausência de uma detecção experimental clara ou confirmação de supersimetria por um longo tempo e parado. A beleza matemática da supersimetria em 1984 inspirou os cientistas a ressuscitar uma idéia que está cochilando desde os anos 1960. Então, Yoichiro Nambu e seus colegas tentaram descobrir uma interação forte, apresentando-a como sinais em forma de corda conectando quarks. E quando a supersimetria foi incluída na teoria quântica de cordas para obter o que ficou conhecido como teoria das supercordas, resultados matemáticos surpreendentemente belos começaram a aparecer. Entre elas está a possibilidade de combinar não apenas três interações não-gravitacionais, mas, em geral, todas as quatro forças conhecidas na natureza em uma consistente teoria quântica de campos.

No entanto, essa teoria exige a existência de um monte de dimensões adicionais do espaço-tempo, que ninguém ainda observou. Além disso, a teoria não faz nenhuma previsão que possa ser verificada no atual nível experimental. Além disso, tornou-se tão complicado recentemente que agora parece que as próprias cordas não são mais as variáveis ​​dinâmicas centrais dessa teoria.

Mas isso não atenuou o entusiasmo dos adeptos mais zelosos, dedicados e extremamente talentosos da teoria das supercordas, agora conhecidas como teorias M, que há 30 anos continuam trabalhando nela. Declarações de tremendo sucesso aparecem periodicamente, mas até agora a teoria M carece de um elemento-chave que garanta o triunfo de uma empresa científica como o Modelo Padrão: a capacidade de entrar em contato com o mundo que podemos medir, resolver mistérios inexplicáveis ​​por outros métodos e fornecer informações fundamentais. explicações de por que nosso mundo é o que é. Isso não significa que a teoria M seja errônea, mas até agora representa apenas o raciocínio, embora tenha um bom motivo.

Se você segue as lições da história, fica claro que as teorias físicas mais avançadas acabaram sendo falsas. Caso contrário, qualquer um poderia se envolver em física teórica. Demorou vários séculos e, se levarmos em conta a ciência dos gregos antigos, vários milênios, o método de tentativa e erro, que levou ao surgimento do Modelo Padrão.

E aqui estamos nós. Em breve, novas revelações experimentais nos aguardam, que serão capazes de confirmar ou refutar os maiores argumentos da física teórica? Ou estamos à beira do deserto, e a natureza não nos dará dicas sobre a direção da busca de respostas para os segredos do espaço? Descobriremos e, de qualquer forma, teremos que conviver com uma nova realidade.