2.1 × 10⁻⁹ — примерно такой же разброс температуры по небу, как если бы на океанской глади измерили рябь высотой в доли миллиметра. Эта микроскопическая неоднородность запечатлена в реликтовом излучении и рассказывает о самом начале времён. Всё началось спустя ничтожные доли секунды после Большого взрыва, когда Вселенная раздулась как гигантский ускоритель частиц, разгоняя квантовые поля до энергий, недоступных земным коллайдерам. Этот период инфляции предсказали Алан Гут и Андрей Линде, а Хуан Малдасена предложил использовать его как космологический коллайдер — инструмент для поиска новых частиц.
Инфлатон — поле, вызвавшее раздувание, — не обязан был работать в одиночку. Рядом могли существовать массивные скалярные поля-партнёры. Их квантовые флуктуации, рождённые в стремительном расширении под действием гравитации, оставляли бы следы в виде негауссовости — отклонений в статистике первичных возмущений от нормального распределения. Если бы такой обмен частицами происходил в начале времён, его сигнал проявился бы в трёхточечных корреляциях (биспектре) температурных пятен на карте неба. По сути, это как искать отпечаток пальца на стекле: крошечный, но характерный узор.
Впервые анализ не ограничивался слабым воздействием полей. Учёные использовали полную динамику Стандартной модели расширенного сектора, учтя до семи независимых каналов взаимодействия. Ключевой параметр — смешивание ρ — меняет эффективную массу частицы, делая её видимой или прячущейся. Байесовский анализ сравнил предсказания с реальными данными спутника Planck. Максимальное улучшение χ² составило 5.3 при пяти дополнительных параметрах — это меньше, чем случайная флуктуация. Проще говоря, сигнала нет. Ограничения на смешивание достигли ρ/H ≲ 170.
Такой результат бьёт по целому классу много-польных инфляционных моделей, популярных среди теоретиков. Он показывает, что распространённое приближение слабой связи непригодно: все разрешённые значения параметров дают слишком слабый вклад, чтобы их заметил Planck. Можно сказать, что вселенский коллайдер для этого диапазона частиц оказался пустым — но это не провал, а ценная подсказка. Если партнёры инфлатона существуют, они должны быть либо очень лёгкими, либо взаимодействовать иначе.
Следующее поколение экспериментов — CMB-S4, Simons Observatory — улучшит чувствительность лишь в 2–5 раз. Этого вряд ли хватит, чтобы расслышать тихий шёпот обменных частиц. Гораздо большие надежды возлагают на карты 21-см излучения эпохи тёмных веков, которые несут информацию о миллионах независимых мод. Пока же те самые 2.1 × 10⁻⁹, вписанные в небо, хранят молчание о первых триллионных долях секунды. Вселенский коллайдер ждёт новых слушателей — и новых инструментов, способных различить его тончайшие ноты.
На расчёт биспектров ушло более 4 миллионов запусков программы CosmoFlow — это как если бы один компьютер работал без остановки 11 лет. При этом каждый отдельный расчёт после интерполяции занимал миллисекунды.