2.1 × 10⁻⁹ — примерно такой разброс температуры в реликтовом излучении, древнем свете, дошедшем до нас с первых времён. Если сравнить с океаном, то это рябь высотой в доли миллиметра на многие километры. Эта крошечная неровность хранит историю рождения Вселенной. Спустя ничтожную долю секунды после Большого взрыва пространство начало стремительно раздуваться — учёные называют это инфляцией. Идею предложили Алан Гут и Андрей Линде. В те мгновения Вселенная работала как самый мощный в истории ускоритель: квантовые поля разгонялись до невероятных энергий. Хуан Малдасена первым предложил использовать это как «космологический коллайдер» — инструмент для поиска невидимых частиц.
Главную роль в инфляции играло особое поле — инфлатон. Но рядом с ним могли существовать и другие поля. Их квантовые дрожания под действием гравитации во время расширения должны были оставить следы в реликтовом излучении. Эти следы выглядели бы как узоры из пятен чуть теплее и чуть холоднее. Они нарушали бы обычную случайность. Такой порядок в беспорядке — как отпечаток пальца на стекле. Если бы частицы-помощники действительно появлялись в начале времён, их отпечаток проявился бы в том, как сгруппированы тройки пятен на небе.
Анализ впервые учёл не слабое, а сильное взаимодействие полей, выйдя за пределы простых предположений Стандартной модели (основного набора законов физики частиц). Учли до семи разных каналов обмена частицами. Ключевой параметр — смешивание — показывает, насколько легко частицы-помощники «перемешивались» с инфлатоном. С помощью байесовского анализа (метода сравнения данных с разными теориями) сравнили предсказания с реальными данными спутника Planck. Улучшение совпадения оказалось крошечным — меньше, чем случайное колебание. Проще говоря, сигнала нет. Верхняя граница смешивания составила примерно 170 в условных единицах.
Этот результат бьёт по многим моделям, которые привлекали дополнительные поля для объяснения инфляции. Он показывает, что если такие поля и есть, они либо очень лёгкие, либо почти не взаимодействуют. Можно сказать, что вселенский коллайдер для этого диапазона частиц пуст. Но отсутствие сигнала — не провал. Оно говорит о том, что природа на самых ранних этапах устроена проще, чем предполагалось.
Будущие телескопы, такие как CMB-S4 и Simons Observatory, смогут улучшить чувствительность в 2–5 раз. Но этого может не хватить, чтобы уловить тихий шёпот частиц-помощников. Гораздо больше надежд на карты излучения эпохи тёмных веков, которые несут информацию о миллионах независимых колебаний. Пока же те самые 2.1 × 10⁻⁹, записанные в небесной карте, хранят молчание о первой триллионной доле секунды. Вселенский коллайдер ждёт новых наблюдателей с более чуткими инструментами.
На расчёт вариантов узоров ушло больше 100 тысяч часов работы мощного компьютера — это примерно 11 лет непрерывных вычислений.