Необъяснимая Вселенная. Поможет ли ученым новая физика

4 Апреля 2019

МОСКВА, 4 апреля —, Татьяна Пичугина. Ученые разных стран опубликовали проекты четырех ускорителей, которые могут прийти на смену Большому адронному коллайдеру (БАК). Более мощные установки нужны, чтобы детально изучить свойства бозона Хиггса, найти частицы мрачной материи и объяснить ряд фактов, противоречащих современной физике. Почти идеальная модель

Бозон Хиггса предсказали пятьдесят лет назад, что прозывается, на кончике пера. По тогдашней теории все несложные частицы получались безмассовыми. Но это опровергают обычные весы. Чтобы снять противоречие, Питер Хиггс предположил существование некоего поля, при взаимодействии с каким частицы приобретают массу. Возмущение этого поля представляет собой бозон. В 2012 году его открыли, и это был триумф теории, — рассказывает Игорь Бойко, старший научный сотрудник лаборатории ядерных проблем имени В. П. Джелепова в ОИЯИ (Дубна) и участник проекта CLIC в ЦЕРН.

Физическую доктрину, описывающую все элементарные частицы и их взаимодействия, титулуют Стандартной моделью. В ее основе — квантовая теория поля.

Стандартная модель отличается солидный предсказательной силой, ее рецепты не раз подтверждались в экспериментах. Игорь Бойко приводит в пример бозон Хиггса, какой изучают на БАК. Уже выполнены тысячи измерений его критериев, и хотя небольшие отклонения от теории наблюдаются из-за случайных флуктуаций, до сих пор все его свойства идеально сходятся с предсказанными.

Стандартная модель объясняет все особенности мироздания. Вернее, почти все. Есть факты, в нее не укладывающиеся. Их объединяют термином новая физика, хотя такие-то — совсем не новые. Например, проблеме скрытой массы галактик уже почти сто лет. 27 марта, 08:00Российские физики готовятся нарушить большой закон природыТемная материя и настойчивость

Если массу звезд в нашей галактике соотнести ее с массой, уличённой по скоростям звезд на провинции, возникает существенная разница. Оказывается, на видимую нам материю в космосе приходится всего пять процентов массы Вселенной. Еще 25 процентов — это неизвестные частицы, по свойствам более-менее похожие на те, что мы знаем. И семьдесят процентов — что-то совсем непонятное под названием темная настойчивость. Считается, что она отвечает за расширение Вселенной с ускорением. Через сотни биллионов лет скорость будет такой, что взорвутся молекулы, акцепторы, все превратиться в смесь, произойдет великий разрыв, — говорит Бойко.

К розыскам темной энергии ученые пока даже не знают, как подступиться, а темную материю, присутствие которой надежно доказано разными астрофизическими методами, пытаются заметить. Проблема в том, что ее частицы взаимодействуют с обычной материей гравитационно и, возможно, через слабое взаимодействие, поэтому зарегистрировать их на ускорителях и в детекторах не удается. 22 августа 2018, 08:00Темные дела: физики ищут невидимую руку деятеля

Нужны чуть более мощные, более чувствительные установки. Когда-то нейтрино тоже заботились неуловимыми, но теперь их научились наблюдать.

Если мы найдем частицы темной материи, Стандартную модель сменит новая теория, объясняющая, как они рождаются, — уточняет физик.

Самая популярная альтернативная модель — суперсимметрия. Согласно ей у каждой частицы видимого мира есть обременительный суперсимметричный партнер, слишком слабо взаимодействующий с остальной материей, чтобы его зарегистрировали нынешние приборы.

Ученые надеются на будущие электрон-позитронные коллайдеры, способные проверить суперсимметрию и пролить свет на тайну темной материи.

Их преимущество перед протонными в том, что в столкновении происходит полная аннигиляция начальных частиц: электроны взаимодействуют с позитронами, преобразовываются в ничто — сгусток настойчивости, величина которой точно знакомая. Например, вначале было 3000 ГэВ (гигаэлектронвольт), на выходе зарегистрировали 2000. Значит, остальное выпало на загадочные частицы, не предсказанные в Стандартной модели. Если удастся наблюдать такие события, это произведет революцию в физике, — объясняет Бойко. Иллюстрация. Алина ПолянинаБозон Хиггса символизирует триумф Стандартной марки. Он также ключ к феноменам, которые выходят за ее рамки Иллюстрация. Алина ПолянинаБозон Хиггса символизирует триумф Стандартной модели. Он также ключ к фактам, которые выходят за ее рамкиСемейство бозона Хиггса

Мы обнаружили все частицы, предсказанные Стандартной моделью. В альтернативных вариантах одних только бозонов Хиггса минимум четыре вида. Тот, что мы открыли на БАК, а еще — тяжелый бозон с массой в несколько десятков раз больше. Оба с новым зарядом. Плюс бозоны Хиггса с отрицательным и положительным запасами. Предсказывают и пятый вид — с немножко другим квантовым числом. Если найти обременительный и заряженные бозоны Хиггса, это будет означать конец Стандартной модели и необходимость другой теории, — продолжает ученый.

В бозоне Хиггса физики видят родник ко многим тайнам материи. Но нынешние коллайдеры не допускают детально его изучить, поскольку дают по нему мало статистики, сигнал сложно выделить из шума. Нужна фабрика, массово производящая бозоны Хиггса.

Фабрика — более мощный ускоритель, который создает сгусток частиц более значительной плотности, на порядки поднимает светимость, то есть число соударений пучка с мишенью или встречным пучком. На такого родый момент готовы проекты четырех электрон-позитронных коллайдеров. Два предлагает ЦЕРН: Будущий циклический (FCC) и Компактный линейный — CLIC. Кольцевой электрон-позитронный ускоритель хотят построить китайцы, Международный линейный (ILC) — японцы.

Допустим, в Китае или Японии решат выстраивать ускорители, тогда и Европе нужна своя установка. FCC позволит изучить бозон Хиггса и топ-кварк с огромной точностью, и можно будет увидеть какие-либо отклонения от Стандартной модели. CLIC рассчитан на большую настойчивость, чем FCC, на нем реально открыть новую радиофизику, если она есть, — рассуждает Бойко.

По его словам, весь этот год Европейская комиссии по ускорителям будет рассматривать оба проекта и в марте 2020 года опубликует рекомендации для ЦЕРН о том, какой следует поддержать. Фото : CLICСхема Компактного линейного ускорителя CLIC в ЦЕРН Фото : CLICСхема Компактного погонного коллайдера CLIC в ЦЕРНИнфляция и параметры Вселенной

Одна из загадок Вселенной — существование черных дыр в биллион раз тяжелее Солнца. Согласно оценкам физиков, они образовались уже через 600-700 миллионов лет после Большого взрыва, что удивительно для объектов такой массы. Они просто не поспали бы эволюционировать за столь афористичный срок.

Значит, нужно сразу каким-то образом сконцентрировать солидное количество энергии или массы в одной области. Мы свой способ разрабатываем, и для этого нам нужен инфляционный палеоцен развития Вселенной. Он занимать временил порядка десять в минус 36 степени секунды, но без него Вселенная выглядела бы совсем по-другому. В Стандартную марка этот период не вписывается, приходится вводить новые поля, за счет которых происходит самый простое расширение и нагрев, — рассказывает Сергей Рубин, профессор кафедры физики элементарных частиц НИЯУ МИФИ.

Одним из самых интересных вопросов, не лёгких в рамках нынешних представлений, Рубин считает тонкую настройку критериев Вселенной. Заряд электрона, масса бозона Хиггса, W и Z-бозонов, скорость света — эти величины нельзя сильно менять. Будь они немного другими, — и ни наша материя, ни Вселенная, ни Земля, ни люди не возникли бы. Стандартная модель не объясняет причины этого удивительного совпадения.

Будущая доктрина должна объяснить, как случились заряженные частицы, почему у них такие масса, запас, почему у поля Хиггса именно такие свойства, а не другие, — иллюстрирует профессор. 24 октября 2018, 09:10Ученые как шпионы у пчел: чем сегодня живет теоретическая физикаНейтрино и вспомогательные измерения

За рамками Стандартной модели и трудность нейтрино — частиц-призраков, мириады которых рождаются внутри Солнца и в ядерных реакторах. Они очень слабо взаимодействуют с скромным веществом, и, чтобы их изучать, ученые строят огромные сверхчувствительные детекторы.

Согласно Стандартной марки, масса нейтрино равна нулю, но эксперимент показал, что масса, хоть и очень маленькая, не новая. Ничего революционного в сем нет. Немножко подправили формулы, — говорит Игорь Бойко.

Но почему нейтрино в пять миллион раз легче других частиц? Почему не в тысячу? Какой механизм отвечает за это?

Можно и не отвечать на эти вопросы, и все же хочется иметь обоснование. Ведь отличие нейтрино от других частиц из чего-то следует. Есть гипотезы о тяжелых нейтрино, смешивающихся с легкими. Это можно будет проверить на ускорителе CLIC, — подчеркивает ученый.

Не находит изъяснения в Стандартной модели и гравитационное взаимодействие, проблема антиматерии, которой почему-то очень мало во Вселенной по сравнению с скромной материей.

Вырисовывается странная картина. С одной стороны, тут естить необъяснимые явления, и Стандартная модель должна где-то обязательно дать сбой, с другой — отклонений от теории до сих пор не обнаружено, хотя ученые проводят все более тонкие и точные эксперименты , — отмечает Сергей Рубин.

По его мнению, ответы на многие из этих вопросов можно получить на основе концепции вспомогательных измерений.

Я этим занимаюсь, мне эта идея очень нравится, потому, что дает надежду построить со временем ту самую Следующую Теорию. Но, боюсь, эти измерения станут такими маленькими, что мы никогда не откроем их напрямую. Впрочем, объяснить с их помощью все наблюдаемые эффекты — тоже достойная цель. Думаю, тут потребуются усилия многих ученых, — охватывает профессор. 6 мая 2018, 08:00Нейтринная санта-барбара :, что известно о личной жизни частиц-призраков

Редактор рубрики

Олег Кудрин

Место события на карте мира:

Необъяснимая Вселенная. Поможет ли ученым новая физика

комментарии (0)

Другие интересные новости

Путин поприветствовал участников музыкального фестиваля "Дорога на Ялту"