Hipotetiškai tarkime, kad Didžiojo hadronų greitintuvo (LHC) jutikliai ATLAS ir „Compact Muon Solenoid“ (CMS) aptiko Higgso bozoną su maždaug 125 GeV (gigaelektronvoltų) mase. Nors standartiniai statistiniai skaičiavimai dar neleidžia tvirtai teigti, kad klausimas yra išspręstas, labai panašu, kad CERN fizikos laboratorijoje (Šveicarija) iš tiesų šis atradimas jau atliktas, mat abu gana skirtingi jutikliai užfiksavo tam tikro reikšmingumo signalą maždaug tame pačiame masės spektre, laukiami signalai užfiksuoti dviejuose ar daugiau duomenų kanalų, rašo nature.com.
Tai yra gana svarbus posūkio taškas fizikos pasaulio fundamentaliai visuotinei teorijai. LHC bemaž atrasto Higgso bozono savybės ir masė leidžia manyti, kad fizikai netrukus dalelėms atras superpartnerius (hipotetines daleles, egzistuojančių dalelių partneres, kurias numato supersimetrijos teorija) ir kad stygų teorija bus pradėta jungti su realiuoju pasauliu.
Higgso bozonas – kol kas nežinoma materijos rūšis, kuri, kaip manoma, suteikia masę kitoms dalelėms – yra paskutinis elementas, užpildysiantis ir patvirtinsiantis dalelių fizikos standartinį modelį. Ši nuostabi teorija aprašo daleles (kvarkus ir leptonus) ir stiprias, silpnas bei elektromagnetines jėgas, kurios sąveikaudamos sudaro mūsų pasaulį (įvertinant ir gravitacijos teoriją). Kvarkų kombinacijos sudaro protonus ir neutronus, iš protonų ir neutronų susidaro atomų branduoliai, iš branduolių ir elektronų (tam tikro tipo leptonų) sudaromi atomai, iš jų molekulės, o iš jų – šokoladas, žmonės, planetos, žvaigždės ir taip toliau. Standartiniame modelyje nėra mįslių ar problemų, jis fundamentaliai aprėpia viską nuo kondensuotųjų medžiagų fizikos iki astrofizikos. Jis pasiekia tikslą, kurio fizikai siekė keturis šimtmečius. Paties Higgzo bozono ieškoma kelis dešimtmečius: pagrindinis požymis, pagal kurį sprendžiama apie šios dalelės egzistavimą LHC greitintuve – tai bozono skilimas į du fotonus. Tokį bozono aptikimo būdą nuo praėjusio amžiaus devinto dešimtmečio vidurio buvo svarstoma taikyti numatytame Superlaidžiajame super greitintuve (Superconducting Super Collider), kurį planuota statyti Waxahachie vietovėje Teksaso valstijoje (JAV), tačiau 1993 metais projektas buvo atšauktas.
Higgso bozono atradimas ne tik užpildytų standartinio modelio spragas, bet ir reikštų, kad ateityje aprašant aplinkos veikimą lemiančius fizikos dėsnius reikėtų įvertinti ir atsižvelgti į fundamentaliuosius Higgso bozonus (fizikai svarstė alternatyvias teorijas su keistomis galimybėmis, pavyzdžiui, apie sudėtinius Higgso bozonus, tačiau CERN atradimas tokių teorijų teisingumą paneigia). Tokiu būdu bus išplėstas standartinis modelis ir bus galima aiškiau atsakyti į tokius klausimus, kaip supersimetrija ir tamsiosios medžiagos kilmė.
Esminė ir netikėta informacija bei ateities tyrimų perspektyva, pasiūlyta CERN atradimo – kad numanomai atrastasis Higgso bozono signalas elgiasi taip, tarsi tai būtų „standartinio modelio Higgso bozonas“. Pagal standartinį modelį, tai neturėtų būti įmanoma, nes reliatyvistinio kvantinio lauko teorija parodo, jog Higgso dalelės masė dėl kvantinių sąveikų turėtų būti koreguojama gerokai daugiau nei sveria pati dalelė. Dėl to, kad silpnąsias sąveikas medijuojančių kvarkų, leptonų ir W bei Z bozonų masės yra priklausomos nuo Higgso bozono masės, standartinis modelis numato, kad šių dalelių masės yra daugeliu eilių aukštesnės nei stebimosios.
Šį klausimą galima išspręsti. Kai standartinis modelis yra išplečiamas iki supersimetrijos teorijos, pasikeičia numanomojo Higgso bozono prigimtis. Tuomet dalelės matematinė elgsena pagerėja, o gaunama teorija atrodo realistiškiau.
Fizikai manė, kad Higgso bozonas, kai jis būtų atrastas, būtų šios supersimetrinės formos, tai kodėl gi tai, kas, panašu, yra atrasta, taip identiškai sutampa su standartinio modelio versija? Sumanymas kaip tai interpretuoti būtų labai svarbus žingsnis kuriant platesnę teoriją, kuri išplėstų standartinį modelį.
Vienas paaiškinimas gali kilti iš gana netikėto šaltinio: stygų teorijos arba jos plėtinio – M-teorijos. Priešingai, nei galėtumėte pamanyti, pagal stygų teoriją galima aprašinėti realųjį pasaulį, nors 10 ar 11 matmenų teoriją visų pirma reikėtų „suspausti“ iki keturių matmenų (palikus 6 ar 7 mažuosius matmenis „suspaustus“). Šioje srityje esama gana rimtų pasiekimų, taip pat ir sprendžiant kaip stabilizuoti laukus, aprašančius „suspaustus“ matmenis.
Gordonas Kane'as su kolegomis parodė, kad bendrojoje stygų teorijoje ir M-teorijoje – kurioje atsižvelgta į kosmologinius suvaržymus ir įtrauktas Higgso masės generavimo mechanizmas – lengviausias Higgso bozonas elgiasi labai panašiai į standartinio modelio Higgso bozoną. Ir jo masė yra apie 125 GeV – lygiai kaip stebėta CERN laboratorijoje.
Savo tyrimų rezultatus G. Kane'as su kolegomis rugpjūtį paskelbė Stygų fenomenologijos konferencijoje Madizono mieste (JAV), o prieš pat paskelbiant naujausius Higgso bozono paieškos duomenis iš CERN laboratorijos buvo publikuotas ir mokslinis darbas su patikslintomis H. Kane'o prognozėmis (G. Kane et al. http://arXiv.org/abs/1112.1059; 2011).
Ta pati stygų teorija (tiksliau, M-teorija), kuri teisingai prognozuoja Higgso bozono masę, taip pat prognozuoja, kad LHC dabar turėtų nustatyti superpartnerių spektrą ir kai kuriuos su jais susijusius signalus. Tokių dalelių, kaip gluinų – stipriąsias sąveikas medijuojančių gluonų superpartnerių – iki šiol nelabai tebuvo tiesiogiai ieškoma skilimo metu. Stygų teorija prognozuoja, kad juos galima būtų aptikti skylant viršutiniam ir apatiniam kvarkams. Naudojant LHC greitintuvą gluinus būtų galima aptikti iki kitų metų vidurio. Toks atradimas galbūt nepatrauktų tiek visuomenės dėmesio, kaip naujienos apie Higgso bozoną, bet jo svarba galbūt būtų netgi didesnė. Tai reikštų, kad stygų teorija pasitvirtina.
