Элементарные нечастицы

Игорь Иванов

Говард Джорджи. Рисунок с афиши мюзикла Les Phys, посвященного курсу Physics 16, который профессор Говард Джорджи преподает в Гарвардском университете

Знаменитый американский физик предложил кардинально новую возможность в физике элементарных частиц.

Современная физика описывает всю известную материю с позиций квантовой теории. Все фундаментальные частицы — например, электроны, фотоны, кварки — в ней оказываются квантами, «дискретными кусочками» некоторых полей: электронного, электромагнитного, кваркового. Другие объекты микромира, такие как протоны, ядра, атомы, которые согласно экспериментальным данным обладают некоторой протяженностью в пространстве, описываются как состоящие из этих фундаментальных частиц.

Физики, однако, давно заметили, что квантовая теория одним лишь этим не исчерпывается. В ней могут возникать особые протяженные объекты, которые выглядят в целом как частицы, но ни из каких более мелких субчастиц не состоят (они представляют собой, скорее, определенным образом переплетенные поля). Некоторые из них, например, скирмионы и инстантоны, играют важную роль в теории сильных взаимодействий. Экспериментально такие объекты пока не открыты, однако поиск их продолжается.

На днях выяснилось, что квантовая теория допускает существование и еще более экзотических объектов. В недавней статье hep-ph/0703260 знаменитый американский физик Говард Джорджи (Howard Georgi) описал совершенно новый и ни на что непохожий тип объектов, которые он назвал забавным словом «нечастицы» (unparticle stuff).

Характерной особенностью нечастиц является некая расплывчатость их характеристик. Например, нечастица не обладает какой-то определенной массой: она с некоторой вероятностью обладает сразу всеми возможными массами. У нее также нет и какого-то характерного размера. Еще одно необычное свойство нечастиц: с точки зрения эксперимента рождение нечастицы может выглядеть словно рождение дробного числа частиц.

В современном физическом эксперименте такие странные объекты до сих пор не встречались. Но это вовсе не означает, что они не существуют — по крайней мере, теоретическая возможность для этого есть. Не проявляются нечастицы в нашем мире лишь потому, что при низких энергиях они исключительно слабо влияют на обычную материю. Но всё может измениться со вступлением в строй Большого адронного коллайдера (LHC) с полной энергией сталкивающихся протонов 14 ТэВ. Физики уже давно изучают возможности открытия на LHC суперсимметрии, микроскопических черных дыр или дополнительных пространственных измерений. Благодаря новой статье к этому списку добавляются и нечастицы.

Автор пишет, что он в своей короткой статье не пытался охватить всё богатство возникающих возможностей. Он лишь попытался очертить широкое поле для поиска конкретных экспериментальных проявлений нечастиц и предложил всем любителям «экзотики» присоединиться к анализу.