Элементарные частицы

В основе основ всегда есть что-то. Вопрос в том, как это найти.

Многие что-то где-то слышали про бозон Хиггса, а некоторые даже пробовали разобраться в вопросе того, что это такое. В итоге, объяснение данного процесса такое сложное, что понять все это не так легко. Мы просто знаем, что это важно, и все. Хотя иногда даже складывается ощущение, что ученые от нас что-то скрывают, и на самом деле аппаратура на миллиарды долларов, включая Большой адронный коллайдер, просто не нужна. Конечно, это не так, и физики сделали большое открытие (и продолжают делать новые), вот только надо понимать, даст ли это что-то нам с вами. Я имею в виду простых людей, которым интересно прочитать и удивиться, сколько денег потратили на новую лабораторию, но куда интереснее получить от этого какие-то преимущества. Давайте попробуем понять, светит ли нам мир во всем мире и будет в наших домах теплей от обнаружения бозона Хиггса. Да и вообще, что это такое.

Что такое бозон Хиггса

Прежде, чем рассказывать, чем является одно из самых важных открытий современной физики, надо дать этому определение. Желательно сделать это простым языком, а не так, чтобы его поняли только дипломированные физики. Этим и займемся.

Сделать это совсем просто — не просто. Еще в начале девяностых годов прошлого века в разных научных сообществах даже учреждались премии, которые должны были стимулировать ученых придумывать простые объяснения главной частицы всех теорий. Получалось так себе, но версии были очень разные.

Физики отчаянно хотят, чтобы бозон Хиггса был ошибкой

Например, одна из версий абстрактно сравнивала ситуацию с вечеринкой. Приводилась в пример группа людей, которая присутствует на каком-либо мероприятии, куда в какой-то момент заходит известный человек. Для наглядности можно даже сказать знаменитый. В итоге, некоторые люди в помещении начинают перемещаться в его сторону и идут за ним, так как хотят с ним пообщаться.

Во время такого следования толпа может разбиваться на небольшие группы, которые, допустим, будут обсуждать какие-то новости или сплетни. Постепенно они начнут передавать сплетню друг другу и начнут образовывать уплотнения.

Физики наконец-то увидели, на что распадается бозон Хиггса

В этом объяснении помещение является полем Хиггса, знаменитость является частицей, движущейся в поле, а группы людей будут представлять из себя возмущения этого поля. Ничего не понятно? Согласен! Но ведь это одно из самых простых объяснений. Если вы можете более просто объяснить, что такое бозон Хиггса, расскажите об этом в нашем Telegram-чате. Может у вас получится.

Где-то тут должна ходить знаменитость и тогда мы поймем, что такое бозон Хиггса. Или нет…

Существует ли бозон Хиггса

Бозон Хиггса является фундаментальной частицей Стандартной модели. До недавнего времени найти ее было невозможно. При этом существование такой частицы физики предсказывали еще в шестидесятые годы прошлого века. У них не было оборудования, которое позволяло бы доказать существование таких частиц, и им нужен был инструмент, который создали только существенно позже. Произошло это в 2008 году, когда в ЦЕРНе (Европейский совет ядерных исследований) появился Большой адронный коллайдер.

Стандартная модель является теоретической конструкцией, применяемой в физике элементарных частиц. Она описывает электромагнитное взаимодействие всех элементарных частиц (слабое и сильное). Стандартная модель не описывает некоторые стороны физики, например, темную материю. Именно поэтому ее нельзя называть теорией всего. Картинка стандартной модели полностью сложилась, когда открыли бозон Хиггса.

Почему бозон Хиггса называют частицей Бога

С 2008 год ученые подкованы поисках Частицы Бога (одно из названий бозона Хиггса). Так ее называют по предложению Леона Ледермана, который был нобелевским лауреатом и выпустил книгу с заголовком, начинающимся с этих слов. Хотя самому ученому больше по душе было название Проклятая частица, но оно как-то не прижилось.

Благодаря этому американскому ученому бозон Хиггса стали называть именно так.

Как говорится, хоть чертом лысым назови, но частицу в итоге нашли и произошло это в 2012 году. Помог в обнаружении как раз тот самый Большой адронный коллайдер. При этом после обнаружения ученые сообщили об этом, но не торопились делать поспешных выводов и выступали очень осторожно. В первые дни после эксперимента ученые говорили, что они только нашли элементарную частицу, похожую на бозон Хиггса.

Что даст обнаружение частицы Бога

Немного абсурдный пример. Какое-нибудь насекомое живет под землей и никогда не вылезает на поверхность, но догадывается, что небо синее (вот такое умное насекомое). Потом оно видит синий цвет и понимает, какое на самом деле небо, и что оно было право. Вот только изменит ли это что-то с точки зрения самого неба? Конечно, нет. Оно как было синим, так и осталось, а насекомое, как жило под землей, так и продолжило там жить.

Почему наша Вселенная такая странная и существуют ли законы физики?

Примерно так же дела обстоят и с бозоном Хиггса. Он не позволит начать нам путешествовать во времени, не поспособствует созданию вечного двигателя и не станет основной лекарства от всех болезней. По сути его обнаружение просто подтвердило предполагаемые принципы взаимодействия частиц и свело воедино все утверждения Стандартной теории. Возможно, из-за его появления вопросов в других областях физики, наоборот, станет только больше.

Визуализаций поиска бозона Хиггса очень много.

Где можно применить бозон Хиггса

На практике применение бозона Хиггса пока невозможно, да и не понятно, где его применять. Зато он важен для фундаментальной физики. Ну, хотя бы он не привел к концу света, о котором говорили многие скептики. Были даже теории о том, что столкновение частиц в Большом адронном коллайдера может породить черную дыру, которая поглотит всю нашу Солнечную систему. А Дэн Браун в своей известной книге Ангелы и демоны сделал основной сюжета охоту за антивеществом, которое злоумышленники похитили в ЦЕРН.

Бозон Хиггса: портал в темный мир?

В итоге у нас (у человечества) есть бозон Хиггса и Большой адронный коллайдер в центре Европы, стоимость строительства которого превысила 10 миллиардов долларов. Практической пользы для простых людей чуть меньше, чем нет совсем, но звучит вся эта история интересно. Ну, хоть физики довольны — может найдут применение своей находке.

Обнаружены новые элементарные частицы. Неужели новая физика маячит на горизонте?

Мы — часть Вселенной. И это не просто слова. Каждое живое существо на нашей планете состоит из крошечных, невидимых глазу элементарных частиц. То же касается всей видимой материи, которую астрономы наблюдают с помощью телескопов. К счастью, для изучения атомов не нужно отправляться в космическое путешествие физики прекрасно справляются с этой задачей на Земле. Например, с помощью Большого адронного коллайдера (БАК) ускоряя частицы и дробя материю на атомы. Так, за последние годы мир узнал о существовании самых разных частиц бозона Хиггса, тетракварков и энионов. Все эти частицы создают реальный мир и могут многое рассказать об устройстве Вселенной, например, о таинственной темной материи, увидеть которую никому не удалось. Недавно исследователи сообщили об открытии «кузена» бозона Хиггса, а также об аномалиях, предположительно вызванных стерильными нейтрино.

Нейтрино загадочные квантовые частицы, массу которых трудно измерить. Нейтрино удивительны, так как масса, которую они содержат, не учитывается в Стандартной модели элементарных частиц, описывающей субатомный мир.

Мир элементарных частиц

Общая теория относительности (ОТО) с невероятной точностью описывает законы физики как на Земле так и в космосе. Эйнштейн также предсказал существование гравитационных волн и черных дыр, правда, он считал, что их обнаружение невозможно. Но несмотря на открытия последних лет, ОТО не может описать Вселенную целиком.

Масла в огонь подливает квантовая механика фундаментальная физическая теория, которая описывает природу в масштабе атомов и субатомных частиц. Считается, что они пронизывают Вселенную и формируют фундаментальные силы природы.

Интересный факт
Основная проблема построения научной теории всего состоит в том, что квантовая механика и общая теория относительности (ОТО) имеют разные области применения. Квантовая механика в основном используется для описания микромира, а общая теория относительности применима к макромиру.

Существует четыре фундаментальных силы или взаимодействия гравитация, электромагнетизм, сильное и слабое ядерные взаимодействия. В совокупности они составляют основу известных природных явлений.

Напомним, что Стандартная модель элементарных частиц описывает электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие. Фотоны, например, опосредуют электромагнетизм, а крупные частицы, такие как W и Z-бозоны, опосредуют слабое ядерное взаимодействие, которое управляет ядерным распадом на субатомном уровне.

Но чем больше физики погружаются в изучение микромира, тем больше у них возникает вопросов. И особенно о нейтрино самых распространенных в природе частицах, увидеть которые нельзя. Большинство нейтрино поступают от Солнца, но некоторые образуются в верхних слоях атмосферы. Словом, современная физика пока не может описать Вселенную целиком.

Больше по теме: Физики доказали существование энионов третьего царства частиц

Стерильные нейтрино

Итак, сегодня мы знаем о существовании трех типов или разновидностей нейтрино: электронные, мюонные и тау-нейтрино. Многие исследователи полагают, что существует четвертый аромат стерильные нейтрино.

Свое название эти частицы получили исходя из предположения о том, что они взаимодействуют с другими частицами исключительно за счет гравитации. А вот оставшиеся три разновидности могут объяснить природу темной материи.

Нейтрино входит в число самых распространенных частиц во Вселенной, но поймать их сложно. Так как у этих частиц практически нет массы и электрического заряда. Отследить их можно только по слабому ядерному взаимодействию.

Темная материя таинственная невидимая и неуловимая субстанция, на долю которой приходится 85% всей материи во Вселенной. В то же самое время одними из возможных частиц, составляющих темную материю, могут быть стерильные нейтрино.

Особое отношение физиков к нейтрино обусловлено их странными свойствами электронное нейтрино может превратиться в тау- или мюонное нейтрино, и наоборот. Это объясняет интересный квантомеханический эффект под названием нейтринные осцилляции когда один вид нейтрино превращается в другой, или же становится антинейтрино.

Поисками нейтрино ученые занимаются по всему миру

Ряд аномалий, выявленных еще в 1990-х годах во время экспериментов по изучению нейтрино, подтвердила работа 2002 года, а также исследования последних лет. К тому же новый эксперимент, проведенный глубоко под землей, также зафиксировал наличие аномалий, Так что либо стерильные нейтрино действительно существуют, либо все наши знания физики ошибочны.

Еще больше интересных статей читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте

Осевой бозон Хиггса

Существование бозона Хиггса было предсказано в 1964 году физиком-теоретиком Питером Хиггсом, но обнаружить частицу удалось лишь на Большой адронном коллайдере (БАК) десять лет назад. Считается, что именно бозон Хиггса придает массу всем остальным частицам Стандартной модели и фактически ее подтверждает.

Но недавно физики из Бостонского университета сообщили об обнаружении родственной бозону Хиггса частицы так называемой осевой бозон Хиггса. К такому выводу исследователи пришли без помощи БАК, что удивительно. Более того, наличие у «частицы Бога» родственника свидетельствует о недостатках современной физической теории, включая неточность Стандартной модели элементарных частиц.

Кстати, обнаружить «кузена» бозона Хиггса удалось в ходе настольного оптического эксперимента, который проводился на обычном столе, сообщает Live Science.

Большой адронный коллайдер позволил обнаружить частицы, существование которых предсказывали десятилетия назад

Стандартная модель включает два типа частиц: бозоны, к которым относятся глюоны и гравитоны; и фермионы, которые составляют материю и включают в себя нейтрино, электроны и кварки. Однако поиски частиц, способных полностью объяснить природу Вселенной, частенько заводят физиков в тупик. Так что исследователи ожидают новый запуск БАК после почти трехлетнего перерыва и надеются обнаружить больше частиц, что скрываются на просторах Вселенной.

Читайте также: Физики получают все больше доказательств существования новой, неизвестной силы природы

Стандартная модель навсегда

По словам авторов научной работы, опубликованной в журнале Nature, осевой бозон Хиггса создает магнитное поле. А еще эта частица может являться частью темной материи, из которой состоит большая часть Вселенной.

Чтобы обнаружить таинственную частицу ученые использовали редкоземельный трителлурид квантовое вещество с двухмерной кристаллической структурой. В нем электроны самоорганизуются в волну, в которой плотность заряда периодически увеличивается или уменьшается.

Бозон Хиггса частица, которая переносит взаимодействие между другими частицами и имеет инертную массу

По словам исследователи, осевой бозон Хиггса возник, когда в квантовом веществе при комнатной температуре имитировали определенный набор волн. Для дальнейшего наблюдение за новой частицей физики использовали рассеивание света.

Изначально мы просто исследовали светорассеивающие свойства этого вещества. Но потом обнаружили аномальные изменения, которые намекали на существование чего-то нового, объясняют авторы научной работы.

Самое главное в этой истории заключается в том, что появление осевого бозона Хиггса все еще согласуется со Стандартной моделью элементарных частиц. Теоретически, новый бозон Хиггса может объяснить существование темной материи. Правда, для этого нужна новая теория, которая согласовывалась бы с существующими экспериментами и еще не обнаруженными частицами. Так что говорить о новой физике пока рано.

Не пропустите: Физика частиц и новейшие технологии: что нас ждет в ближайшие 10 лет?

Ученые из ЦЕРН стоят на пороге открытия новой физики

С другой стороны ряд ранее опубликованных исследований свидетельствует об аномалиях и обнаружении новой силы природы. Подробнее о том, что эта за сила и почему физика стоит на пороге перемен мы рассказывали здесь, рекомендуем к прочтению.

Чего только не обнаружишь в Большом адронном коллайдере.

В 2008 году в Европе состоялся запуск гигантского ускорителя заряженных частиц Большого адронного коллайдера (БАК). Тогда казалось, что мир словно сошел с ума. Но не от радости за достижения современной науки, а от ужаса перед неизведанным слухи о том, что запуск БАК приведет к созданию черной дыры и неизбежному концу света распространялись с молниеносной скоростью. И сколько бы физики не объясняли, что коллайдер разгоняет элементарные частицы до околосветовых скоростей и сталкивает их друг с другом и этот процесс не может привести к апокалипсису, истинно верующие до сих пор глаголят, что коллайдер есть начало конца. Это может показаться удивительным, но в чем-то они, вероятно, оказались правы. Новая работа ученых из Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) предрекает конец нашим представлениям о физике: полученные результаты указывают на новую силу природы за пределами Стандартной модели, которую ученые не понимают.

Для чего нужен БАК?

Недавно мировые СМИ сообщили о новом удивительном открытии ученых из ЦЕРН, которые зафиксировали необычные данные, способные указать на существование совершенно новой силы природы. Секрет кроется в неуловимой и нестабильной частице под названием B-мезон.

В-мезоны неуловимые и нестабильные парные кварки, которые движутся вместе и быстро распадаются.

Но прежде чем погрузиться в подробности увлекательного эксперимента, напомним, что ученые из ЦЕРН ведут работу по разным направлениям, включая поиск антиматерии вещества с потенциально неисчерпаемым источником энергии. В 2012 году состоялось открытие «Бозона Хиггса» частицы, которая фактически связывает электроны, протоны и нейтроны. В перспективе ее открытие может привести к созданию новых систем связи и квантовых компьютеров. Работа над ними, кстати, активно ведется, о чем рассказывал мой коллега Рамис Ганиев в этой статье.

В длину гигантский ускоритель частиц достигает 100 километров, а его диаметр превышает 25 км.

Говоря об экспериментах БАК можно сказать, что физики «гоняют» элементарные частицы и сталкивают их друг с другом в попытке обнаружить новые и ранее неизученные свойства протонов, нейтронов и электронов. А в ближайшие полтора года, как отмечает The Guardian, исследователям предстоит окончательно доказать или опровергнуть существование «новой физики».

Хотите всегда быть последних новостей из мира популярной науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш канал в Google News чтобы не пропустить ничего интересного!

Крупный проект БАК

Как говорится в пресс-релизе исследования на сайте ЦЕРН, во время пробегов частиц на БАКе физики тщательно изучали редчайшие распады парных кварков (B-мезонов). Оказалось, что В-мезоны распадаются на разные количества электронов и мюонов, что противоречит предсказаниям Стандартной модели. Напомним, что мюон (в Стандартной модели физики) является неустойчивой элементарной частицей с отрицательным электрическим зарядом.

Читайте также: Большой Адронный Коллайдер будет обогревать дома

Необходимо также отметить, что обнаруженные аномалии во время распада B-мезонов сегодня являются одним из основных направлений исследований крупного проекта БАК экспериментальной группы LHCb.

Стандартная модель физики элементарных частиц предсказывает, что распады с участием различных лептонов, таких как в исследовании LHCb, должны происходить с одинаковой вероятностью. Лептонами физики называют электрон, мюон и таон, которые должны взаимодействовать с окружающим миром одинаково, с поправкой на различия в массе. Однако сравнив, как часто происходят подобные распады, участники LHCb обнаружили, что пары мюонов возникали значительно чаще, чем электроны и позитроны. Но чем можно объяснить такое несоответствие?

Пятая сила природы

Пока что ученые не уверены, но им понадобится новая сила природы, чтобы объяснить подобные аномалии. Однако отсутствие четкого объяснения порождает волнение. В ЦЕРН говорят, что экспериментальная группа LHCb продолжит изучение этой непредсказуемой разницы. Так, уже в следующем году физики обновят детектор команды и начнут запускать новые версии эксперимента.

С большим количеством результатов, которые покажут наличие той же аномалии, команда сможет подтвердить или опровергнуть существование нового вида физики. Как отметил в интервью ТАСС.Наука один из участников эксперимента LHCb, главный научный сотрудник НИТУ «МИСиС» Андрей Голутвин, говорить об открытии пока рано, так как ученые получили лишь первые указания на него.

Результаты исследования ученых из ЦЕРН указывают на новую силу природы, которую ученые не понимают.

«Нужно ждать подтверждения на других установках, в первую очередь, на японской фабрике B-мезонов Belle, а также в последующих опытах на LHCb и других экспериментах БАК. При этом, на мой взгляд, уже сейчас можно сказать, что это еще более важный и интересный результат, чем открытие бозона Хиггса», пояснил Голутвин.

Изучение частиц и сил, управляющих их поведением, может привести к большим изменениям в стратегии физики элементарных частиц, в том числе и в том, как будут проводиться новые эксперименты и строиться последующие ускорители высоких энергий.

Мюонное кольцо g-2 в Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми (Fermilab, США), работает при температуре минус 450 градусов по Фаренгейту и изучает колебания мюонов при прохождении через магнитное поле.

Вот и наступил долгожданный момент на этой неделе ученые объявили о существовании неизвестных для науки элементарных частиц и взаимодействий между ними, которые жизненно необходимы для природы и эволюции космоса. Наши постоянные читатели наверняка знают, что в последнее время число свидетельств того, что крошечная субатомная частица, похоже, не подчиняется известным законам физики, растет. Новое открытие, о котором поговорим в этой статье, открывает дверь в неизвестность в нашем понимании Вселенной. Как пишет в своем Twitter американский физик-теоретик Митио Каку, полученные результаты свидетельствуют о том, что мюон (его обнаружили в космических лучах) и электрон которые должны быть идентичны по-видимому, обладают разными свойствами. Это может являться свидетельством существования некой «высшей теории физики, включающей новые частицы, и одновременно быть подтверждением теории струн». И все же, не все ученые так оптимистичны.

Прощай, Стандартная модель?

О том, что одно новое открытие, вероятно, является важнейшим для современной физики, пишут все мировые СМИ. Еще бы эксперименты с частицами, известными как мюоны, показывают, что существуют неизвестные науке формы материи и энергии. Несмотря на поразительный успех в объяснении фундаментальных частиц и сил, составляющих Вселенную, описание Стандартной модели остается прискорбно неполным.

Во-первых, она не учитывает гравитацию и точно так же молчит о природе темной материи, темной энергии и масс нейтрино. Чтобы объяснить эти явления и многое другое, ученые искали Новую физику (физику за пределами Стандартной модели), исследуя аномалии, в которых экспериментальные результаты расходятся с теоретическими предсказаниями.

Что такое Мюон

Мюон это неустойчивая элементарная частица с отрицательным зарядом, похожая на электрон, но гораздо тяжелее. Является неотъемлемым элементом космоса. Исследователи отмечают, что эти фундаментальные частицы представляют собой крошечные вращающиеся вокруг собственной оси магниты.

Исследователи Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми (Fermilab, США) в ходе эксперимента Muon g-2 хотели получить точные измерения колебания магнитных мюонов при прохождении через магнитное поле. Если экспериментальное значение магнитного момента этих частиц отличается от теоретического предсказания аномалия это отклонение может быть признаком новой физики, в которой на мюон влияет тонкая и неизвестная частица или сила.

«Это наш момент посадки марсохода», сказал Крис Полли, физик из Национальной ускорительной лаборатории Ферми, где проводятся исследования в интервью The New York Times.

Недавно обновленное экспериментальное значение для мюонов, опубликованное в Physical Review Letters, отклоняется от теории лишь на ничтожную величину (0,00000000251) и имеет статистическую значимость 4,2 сигма. Для полной уверенности ученым нужно достичь показателя в 5 сигма. Но даже это крошечное количество может сильно изменить направление физики элементарных частиц.

Как пишет Scientific American, при такой статистической значимости сигмы исследователи пока не могут сказать, что совершили открытие. Но доказательства существования новой физики в мюонах в сочетании с аномалиями, недавно наблюдавшимися в эксперименте Большого адронного коллайдера Beauty (LHCb) в ЦЕРНЕ близ Женевы впечатляют и раззадоривают ученых. Подробнее об этом открытии читайте в нашем материале.

Как физики обнаружили аномалию

Представьте себе каждый мюон в виде крошечных аналоговых часов. По мере того как частица вращается вокруг магнита, ее часовая стрелка вращается со скоростью, предсказанной Стандартной моделью. Когда время мюона истекает, он распадается на позитрон, который испускается в направлении часовой стрелки. Но если эта стрелка поворачивается со скоростью, отличной от теоретической скажем, слишком быстро распад позитрона в конечном итоге будет направлен в несколько ином направлении. (В этой аналогии часовая стрелка соответствует спину мюона квантовому свойству, определяющему направление распада мюона.) Обнаружьте достаточно отклоняющихся позитронов, и вы получите аномалию.

Когда мюон путешествует в пространстве, это пространство на самом деле представляет собой шипящий и роящийся суп из бесконечного числа виртуальных частиц, которые могут появляться и исчезать.

Кольцо хранения частиц мюона g-2 в здании MC-1 в Fermilab.

Однако то, что эта аномалия подразумевает, неоднозначно. Возможно, что-то не учитывается Стандартной моделью, и это может быть разница между электронами и мюонами. Или же подобный эффект может наблюдаться в электронах, которые в настоящее время слишком малы, чтобы их можно было увидеть. Напомним, что масса частицы связана с тем, насколько она может взаимодействовать с более тяжелыми неизвестными частицами, поэтому мюоны, масса которых примерно в 200 раз больше массы электронов, гораздо более чувствительны.

Ученые также сообщили, что вероятность того, что полученные измерения могут быть случайностью равняются одному из 40 000. Это значительно меньше золотого стандарта, необходимого для официального открытия по стандартам физики, а результаты, полученные исследователями, составляют лишь 6 процентов от общего объема данных, которые мюонный эксперимент, как ожидается, соберет в ближайшие годы.

Читайте также: Ученые приблизились к пониманию того, почему существует Вселенная

Новая физика

Сенсационное открытие исследователей из Fermilab является важным звеном в нашем понимании того, что может лежать за пределами Стандартной модели, но у теоретиков, которые ищут новую физику, нет бесконечного пространства для исследования. Любая теория, которая пытается объяснить результаты мюонного эксперимента, должна также учитывать отсутствие новых частиц, в ходе исследований на БАК в ЦЕРН.

Осмотр мюонного кольца g-2 в 2013 году.

Интересно, что в некоторых из предложенных на сегодняшний день теорий Вселенная содержит несколько типов бозонов Хиггса, а не только тот, который включен в Стандартную модель. Другие теории ссылаются на экзотические «лептокварки», которые вызывают новые виды взаимодействий между мюонами и другими частицами. Но поскольку многие из простейших версий этих теорий уже были исключены, физикам «приходится мыслить нетрадиционными способами», пишет National Geographic.

Однако как и Fermilab, эксперимент LHCb нуждается в большем количестве данных, прежде чем заявить о новом открытии. Но даже сейчас сочетание этих двух результатов не дает физикам спать спокойно.

Следующий шаг в этом направлении исследований повторить полученные результаты. Выводы Fermilab основаны на первом запуске эксперимента, который закончился в середине 2018 года. В настоящее время команда анализирует данные двух дополнительных запусков. Если эти данные будут похожи на данные полученные в ходе первого запуска, их может быть достаточно, чтобы сделать аномалию полномасштабным открытием к концу 2023 года.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира популярной науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram, чтобы не пропустить ничего интересного!

Физики также приступили к внимательному изучению предсказаний Стандартной модели, особенно в тех ее местах, которые, как известно, трудно вычислить. Новые суперкомпьютеры также должны помочь в этом нелегком деле, но все же потребуются годы, чтобы просеять эти тонкие различия и увидеть, как они влияют на охоту за новой физикой.

Физик-теоретик Митио Каку поделился своими мыслями о последних открытиях в своем Twitter.

Также нельзя не отметить реакцию на последние открытия известных физиков-теоретиков в Twitter. Митио Каку, например, считает, что полученные результаты также могут являться подтверждением теории струн. О том, как теория струн стала одной из величайших надежд теоретической физики, а потом пришла в долгосрочный упадок, мы рассказывали в этой статье. Рекомендую к прочтению.

Мюонное кольцо g-2 в Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми (Fermilab, США), работает при температуре минус 450 градусов по Фаренгейту и изучает колебания мюонов при прохождении через магнитное поле.

Вот и наступил долгожданный момент на этой неделе ученые объявили о существовании неизвестных для науки элементарных частиц и взаимодействий между ними, которые жизненно необходимы для природы и эволюции космоса. Наши постоянные читатели наверняка знают, что в последнее время число свидетельств того, что крошечная субатомная частица, похоже, не подчиняется известным законам физики, растет. Новое открытие, по мнению ученых, открывает дверь в неизвестность в нашем понимании Вселенной. Как пишет в своем Twitter американский физик-теоретик Митио Каку, полученные результаты свидетельствуют о том, что мюон (его обнаружили в космических лучах) и электрон которые должны быть идентичны по-видимому, обладают разными свойствами. Это может являться свидетельством существования некой «высшей теории физики, включающей новые частицы, и одновременно быть подтверждением теории струн». Но не все ученые с ним согласны, так как чтобы подтвердить полученные в Fermilab результаты, потребуются годы исследований.

Прощай, Стандартная модель?

О том, что новое открытие, вероятно, является важнейшим для современной физики, пишут все мировые СМИ. Еще бы эксперименты с частицами, известными как мюоны, показывают, что существуют неизвестные науке формы материи и энергии. Несмотря на поразительный успех в объяснении фундаментальных частиц и сил, составляющих Вселенную, описание Стандартной модели остается прискорбно неполным.

Во-первых, она не учитывает гравитацию и точно так же молчит о природе темной материи, темной энергии и масс нейтрино. Чтобы объяснить эти явления и многое другое, ученые искали Новую физику (физику за пределами Стандартной модели), исследуя аномалии, в которых экспериментальные результаты расходятся с теоретическими предсказаниями.

Что такое Мюон

Мюон это неустойчивая элементарная частица с отрицательным зарядом, похожая на электрон, но гораздо тяжелее. Является неотъемлемым элементом космоса. Исследователи отмечают, что эти фундаментальные частицы представляют собой крошечные вращающиеся вокруг собственной оси магниты.

Исследователи Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми (Fermilab, США) в ходе эксперимента Muon g-2 хотели получить точные измерения колебания магнитных мюонов при прохождении через магнитное поле. Если экспериментальное значение магнитного момента этих частиц отличается от теоретического предсказания аномалия это отклонение может быть признаком новой физики, в которой на мюон влияет тонкая и неизвестная частица или сила.

«Это наш момент посадки марсохода», сказал Крис Полли, физик из Национальной ускорительной лаборатории Ферми, где проводятся исследования в интервью The New York Times.

Недавно обновленное экспериментальное значение для мюонов, опубликованное в Physical Review Letters, отклоняется от теории лишь на ничтожную величину (0,00000000251) и имеет статистическую значимость 4,2 сигма (для полной уверенности ученым нужно достичь показателя в 5 сигма). Но даже это крошечное количество может сильно изменить направление физики элементарных частиц.

Как пишет Scientific American, при такой статистической значимости сигмы исследователи пока не могут сказать, что совершили открытие. Но доказательства существования новой физики в мюонах в сочетании с аномалиями, недавно наблюдавшимися в эксперименте Большого адронного коллайдера Beauty (LHCb) в ЦЕРН близ Женевы впечатляют и раззадоривают ученых. Подробнее об этом открытии читайте в нашем материале.

Как физики обнаружили аномалию

Представьте себе каждый мюон в виде крошечных аналоговых часов. По мере того как частица вращается вокруг магнита, ее часовая стрелка вращается со скоростью, предсказанной Стандартной моделью. Когда время мюона истекает, он распадается на позитрон, который испускается в направлении часовой стрелки. Но если эта стрелка поворачивается со скоростью, отличной от теоретической скажем, слишком быстро распад позитрона в конечном итоге будет направлен в несколько ином направлении. (В этой аналогии часовая стрелка соответствует спину мюона квантовому свойству, определяющему направление распада мюона.) Обнаружьте достаточно отклоняющихся позитронов, и вы получите аномалию.

Когда мюон путешествует в пространстве, это пространство на самом деле представляет собой шипящий и роящийся суп из бесконечного числа виртуальных частиц, которые могут появляться и исчезать.

Кольцо хранения частиц мюона g-2 в здании MC-1 в Fermilab.

Однако то, что эта аномалия подразумевает, неоднозначно. Возможно, что-то не учитывается Стандартной моделью, и это может быть разница между электронами и мюонами. Или же подобный эффект может наблюдаться в электронах, которые в настоящее время слишком малы, чтобы их можно было увидеть. Напомним, что масса частицы связана с тем, насколько она может взаимодействовать с более тяжелыми неизвестными частицами, поэтому мюоны, масса которых примерно в 200 раз больше массы электронов, гораздо более чувствительны.

Ученые также сообщили, что вероятность того, что полученные измерения могут быть случайностью равняются одному из 40 000. Это значительно меньше золотого стандарта, необходимого для официального открытия по стандартам физики, а результаты, полученные исследователями, составляют лишь 6 процентов от общего объема данных, которые мюонный эксперимент, как ожидается, соберет в ближайшие годы.

Читайте также: Ученые приблизились к пониманию того, почему существует Вселенная

Новая физика

Сенсационное открытие исследователей из Fermilab является важным звеном в нашем понимании того, что может лежать за пределами Стандартной модели, но у теоретиков, которые ищут новую физику, нет бесконечного пространства для исследования. Любая теория, которая пытается объяснить результаты мюонного эксперимента, должна также учитывать отсутствие новых частиц, в ходе исследований на БАК в ЦЕРН.

Осмотр мюонного кольца g-2 в 2013 году.

Интересно, что в некоторых из предложенных на сегодняшний день теорий Вселенная содержит несколько типов бозонов Хиггса, а не только тот, который включен в Стандартную модель. Другие теории ссылаются на экзотические «лептокварки», которые вызывают новые виды взаимодействий между мюонами и другими частицами. Но поскольку многие из простейших версий этих теорий уже были исключены, физикам «приходится мыслить нетрадиционными способами», пишет National Geographic.

Однако как и Fermilab, эксперимент LHCb нуждается в большем количестве данных, прежде чем заявить о новом открытии. Но даже сейчас сочетание этих двух результатов не дает физикам спать спокойно.

Следующий шаг в этом направлении исследований повторить полученные результаты. Выводы Fermilab основаны на первом запуске эксперимента, который закончился в середине 2018 года. В настоящее время команда анализирует данные двух дополнительных запусков. Если эти данные будут похожи на данные полученные в ходе первого запуска, их может быть достаточно, чтобы сделать аномалию полномасштабным открытием к концу 2023 года.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира популярной науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram, чтобы не пропустить ничего интересного!

Физики также приступили к внимательному изучению предсказаний Стандартной модели, особенно в тех ее местах, которые, как известно, трудно вычислить. Новые суперкомпьютеры также должны помочь в этом нелегком деле, но все же потребуются годы, чтобы просеять эти тонкие различия и увидеть, как они влияют на охоту за новой физикой.

Физик-теоретик Митио Каку поделился своими мыслями о последних открытиях в своем Twitter.

Также нельзя не отметить реакцию на последние открытия известных физиков-теоретиков в Twitter. Митио Каку, например, считает, что полученные результаты также могут являться подтверждением теории струн. О том, как теория струн стала одной из величайших надежд теоретической физики, а потом пришла в долгосрочный упадок, мы рассказывали в этой статье. Рекомендую к прочтению.

Физика переживает интересные времена одни исследования показывают, что возможно существует неизвестная науке сила природы, а другие свидетельствуют, что Стандартная модель по-прежнему непоколебима.

Пятнадцать лет назад физики из Брукхейвенской национальной лаборатории обнаружили нечто удивительное. Мюоны тип субатомных частиц двигались неожиданными образом, что не соответствовало теоретическим предсказаниям. С тех пор физики пытались понять почему. Недавно группа исследователей из Fermilab занялась экспериментальной стороной вопроса и 7 апреля 2021 года опубликовала результаты, подтверждающие первоначальное измерение. Ряд исследователей, однако, придерживается другого подхода, полагая, что никакой «новой физики» на горизонте нет. Так, команда ученых в рамках сотрудничества Budapest-Marseille-Wuppertal Collaboration попробовала выяснить, не было ли старое теоретическое предсказание неверным. Для расчета взаимодействия мюонов с магнитными полями был использован новый метод. Если расчеты исследователей верны, то никакого расхождения между теорией и экспериментом нет, как и не открытой силы природы.

Мюон и Стандартная модель

Хотя это и не очевидно, но мюоны более тяжелые и нестабильные сестры электрона окружают нас со всех сторон. Создаются эти субатомные частицы, например, при столкновении космических лучей с частицами в атмосфере нашей планеты. Интересно, что мюоны могут проходить сквозь материю, а ученые используют их для исследования недоступных внутренних структур от гигантских вулканов до египетских пирамид.

Мюоны, как и электроны, обладают электрическим зарядом и генерируют крошечные магнитные поля. Сила и ориентация этого магнитного поля называется магнитным моментом.

Почти все во Вселенной, от строения атомов до работы компьютеров и движения галактик, можно описать с помощью четырех взаимодействий: гравитации; электромагнетизма; слабого взаимодействия, отвечающего за радиоактивный распад; сильного взаимодействия, отвечающего за удержание протонов и нейтронов в ядре атома. Эту структуру ученые называют Стандартной моделью физики элементарных частиц.

Интересно, что все взаимодействия Стандартной модели вносят в свой вклад в магнитный момент мюона, но каждое из них делает это несколькими различными способами, определить которые оказалось невероятно трудно.

Мюоны, обнаруженные в космических лучах, переполошили научное сообщество и даже широкую общественность.

«Большинство явлений в природе можно объяснить с помощью Стандартной модели, отмечает Золтан Фодор, профессор физики в Пенсильванском университете и руководитель исследовательской группы. «Мы можем предсказать свойства частиц чрезвычайно точно, основываясь только на этой теории, поэтому, когда теория и эксперимент не совпадают, мы рассматриваем вероятность того, что обнаружили что-то новое, что-то за пределами Стандартной модели».

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!

Магнетическая тайна

В прошлом для расчета магнитного момента мюона физики использовали смешанный подход они собирали данные о столкновениях между электронами и позитронами противоположностью электронов и использовали их для вычисления вклада сильного взаимодействия в магнитный момент мюона. Этот подход использовался для дальнейшего уточнения оценки в течение десятилетий. Последние результаты относятся к 2020 году и дают очень точную оценку.

В исследовании, опубликованном 6 апреля в журнале Nаture, физики применили новый подход, который дает оценку напряженности магнитного поля мюона и близко соответствует его экспериментальному значению. Примечательно, что ученые использовали полностью проверенную теорию, которая была полностью независима от опоры на экспериментальные измерения.

«Мы начали с довольно простых уравнений и построили всю оценку с нуля», пишут исследователи. Новые вычисления потребовали сотен миллионов процессорных часов в нескольких суперкомпьютерных центрах Европы и привели теорию в соответствие с измерениями.

Читайте также: Физики переосмысли строение Вселенной. Темная энергия больше не нужна?

Физики использовали более интенсивный источник мюонов, что дало им более точный результат, который почти идеально соответствовал старому измерению.

Полученные данные существенно сокращают разрыв между теорией и экспериментальными измерениями и, если являются верными, подтверждают главенство Стандартной модели, которая десятилетиями руководила физикой элементарных частиц. Но история на этом не заканчивается, так как теперь полученные результаты должны быть перепроверены другими исследовательскими группами. Но что в итоге?

Новые эксперименты

Важно понимать, что для открытия Новой физики, выходящей за рамки Стандартной модели, существует научный консенсус расхождение между теорией и измерением должно достигать пяти сигм статистической меры, которая приравнивается к вероятности примерно 1 к 3,5 миллионам.

Это интересно: Ученые из ЦЕРН стоят на пороге открытия новой физики

В случае мюона измерения его магнитного поля отклонялись от существующих теоретических предсказаний примерно на 3,7 сигмы. Это, безусловно, интригующе, но недостаточно для того, чтобы объявить о крахе Стандартной модели. Так что в будущем исследователи намереваются улучшить как измерения, так и теорию в надежде либо примирить теорию и измерение, либо увеличить сигму до уровня, который позволил бы объявить об открытии Новой физики.

В ходе нового исследования физики использовали новый материал толщиной с атом и инновационную новую систему визуализации, чтобы показать, что электроны могут вести себя как вода. Интересно, что гидродинамика электронов то есть то, как они движутся долгое время была в некотором роде научной загадкой, поскольку субатомные частицы летают быстрее, чем может наблюдать человеческий глаз.

Наш мир устроен сложнее, чем может показаться на первый взгляд. И хотя все мы любим простые ответы на сложные вопросы, они редко оказываются верными. Так, в начале XIX века английский химик Джон Дальтон, разработал новую теорию атома, которая хоть и не объясняла все наблюдаемые явления, но предваряла новые возможности в понимании того, как объединяются атомы и образуются химические вещества. Интересно, что до Дальтона в научных кругах преобладала идея о маленьких неделимых частицах, предложенная еще Демокритом и Левкипом, однако атом долгое время не представлял интереса для науки. И хотя Дальтон не сомневался, что атомы неделимы, наблюдалось нечто, казавшееся легче них самих. В те годы физики выдвинули предположение, согласно которому электрический заряд состоял из некоторых электрических атомов и аналогов, а в 1894 году ирландский физик Джордж Стони предложил называть «атом электричества» электроном. С тех пор утекло много воды, причем даже больше, чем можно было бы ожидать. Недавно исследователи из Бостонского университета создали новый образец металла, в котором движение электронов протекает так же, как вода течет по трубе. Новое открытие потенциально может привести к созданию нового типа электронного устройства.

Что такое электрон?

На самом деле ответить на вопрос о том, что представляет электрон не так уж и просто. Чтобы понять, как ученые пришли к выводу о его существовании, ненадолго обратимся к истории.

После того, как Стони озвучил термин «электрон», другие ученые работали над катодными лучами пучками, испускаемыми заряженными пластинами внутри стеклянных трубок, в которых практически не было воздуха. Со временем британский физик Уильям Крукс обнаружил, что эти пучки состоят из отрицательно заряженного вещества.

Научный прорыв состоялся в 1897 году, когда другой британский физик Дж. Дж. Томсон установил, что катодные лучи ни что иное, как поток отдельных частиц с одинаковыми массами и зарядами. Имея массу, составляющую примерно 1/1000 массы атома водорода, они казались крохотными.

И несмотря на то, что физики не до конца понимали, что эти странные субатомы собой представляли, термин «электрон» вошел во всеобщее употребление, а сам электрон позиционировался как носитель заряда. При этом вплоть до 1905 года научное сообщество полагало, что никаких атомов нет, однако в модели атома, выведенной из открытий Резерфорда, было кое-что привлекательное.

В классическом эксперименте с катодными лучами пучок направлен на широкий конец трубки (слева на рисунке), за исключением тех участков, для которых лучи блокируются металлическим крестом.

В самом сердце атома находилось тяжелое, положительно заряженное ядро, вокруг которого обращались крохотные электроны. Можно было подумать, что атом это наша Солнечная система в миниатюре, где в качестве Солнца выступает ядро, а электроны в качестве планет.

Интересуетесь наукой и хотите всегда быть в курсе последних научных открытий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!

Но несмотря на всю красоту этой модели, сегодня физики не рассматривают ее в качестве модели атома всерьез. Дело в том, что все, что движется по орбите ускоряется, а электрон, движущийся с ускорением, теряет энергию в форме света. Конец этой «путанице» с электроном, как известно, положил молодой физик Нильс Бор. Подробнее о работе выдающегося ученого и не только читайте в этой статье.

«Текучесть» электрона

Итак, сегодня под электроном ученые понимают стабильную отрицательно заряженную элементарную частицу. Она считается фундаментальной и является одной из основных структурных единиц вещества. Следует также отметить, что все электроны одинаковы, вне зависимости от того в состав какого атома они входят.

К основным свойствам электронов относят образование электронных оболочкек атомов. Движение электронов способствует возникновению электрического тока во многих проводниках. При ускорении электроны создают рентгеновское излучение, а также позволяют физикам изучать строение атомных ядер.

Но, как оказалось, электроны умеют кое-что еще. В новом исследовании, опубликованном в научном журнале Nature Communications, ученые сообщили об открытии нового типа металла, в котором электроны двигают текучим образом как вода вода в трубе путем взаимодействия с квазичастицами, под названием фононы.

Считается, что фононы возникают в результате колебаний в кристаллической структуре. Но это, мягко говоря, не совсем обычно в металлах электроны действуют как отдельные частицы то есть не набирают импульс, как группа.

Композит из ниобия и германия (NbGe2) небольших кристаллов нового материала, прикреплен к устройству для исследования поведения новой электронно-фононной жидкости. Вставка показывает расположение атомов материала.

Столь необычное поведение электронов, как оказалось, вызывает металлический сверхпроводник, который представляет собой синтез ниобия и германия, называемый дитетрелидом NbGe2 (рисунок выше). И хотя считается, что электроны «протекают» через материалы, обычно они не движутся по проводникам, как жидкость, а скорее, больше похожи на газ, отскакивая от примесей и дефектов в проводнике.

Читайте также: Корпускулярно-волновой дуализм подтвердили экспериментально. Что это значит?

К чему может привести новое открытие?

Ученые и раньше подозревали, что гидродинамический поток электронов, подобный жидкости, возможен, поэтому исследователи из Института Вейцмана решили проверить это с помощью уникальной методики изображения электронов, протекающих аналогично воде, текущей по трубе. Их успех является первым случаем визуализации «потока жидких электронов», что может привести к разработке новых электронных устройств.

Для наблюдения физики использовали графен наноматериал, разработанный в Манчестерском университете, толщиной в один атом углерода, который можно содержать в исключительной чистоте.

Графен революционный материал 21 столетия. Это самый прочный, самый легкий и электропроводящий вариант углеродного соединения.

Читайте также: Новый электронный микроскоп позволяет увидеть атомы живых клеток

Профессор Шахал Илани и команда кафедры физики конденсированных сред Института затем визуализировали поток электронов с помощью наноразмерного детектора, построенного из транзистора из углеродных нанотрубок, который может отображать свойства протекающих электронов с беспрецедентной чувствительностью.

Наша техника, по крайней мере, в 1000 раз чувствительнее альтернативных методов; это позволяет нам отображать явления, которые ранее можно было изучать только косвенно, сказал доктор Джозеф Сульпицио из команды Вейцмана.

Команда создала наноразмерные «каналы», предназначенные для направления текущих электронов, и увидела отличительную черту гидродинамического потока: точно так же, как вода в трубе, электроны в графене текли быстрее в центре каналов и замедлялись у стен.

Электричество это, по сути, обмен электронами в потоке, называемом током, через проводящую среду, поэтому движение электронов представляет большой интерес для технологических фирм, учитывая растущую зависимость общества от электричества.

Знание того, что электроны могут имитировать структуру обычной жидкости, теперь может повлиять на конструкцию электронных устройств, в том числе тех, которые требуют меньшего энергопотребления.

Следующий шаг, как отмечают исследователи, заключается в поиске других материалов в этой гидродинамической области с помощью электрон-фононных взаимодействий. Команда физиков также занимается контролем электронных гидродинамических жидкостей в таких материалах и разработкой новых электронных устройств. Так что будущее как электрона, так и наше с вами вероятно, будет полно удивительных открытий. Ждем с нетерпением.

Q-balls странные квантовые объекты, способные вызывать гравитационные волны

Каждый из нас хочет знать кто мы, откуда и куда движемся. Ответы на эти вопросы предлагают самые разные люди, от философов до священников и физиков-теоретиков, но именно последние обладают наибольшими знаниями о Вселенной. До начала ХХ века, однако, никто и предположить не мог, что элементарных частиц окажется так много, что из них можно составить целый «зоопарк». Лишь в 1925 году на смену старой квантовой теории пришла квантовая механика, которая основывается на волновых уравнениях и принципе неопределенности, а ее положения значительно отличаются от положений механики классической. Всего за несколько десятилетий было обнаружено множество элементарных частиц, а их взаимодействие друг с другом легло в основу Стандартной модели. Запуск Большого адронного коллайдера (БАК) и последующее обнаружение «частицы Бога» по-научному Бозон Хиггса стало лишь началом в понимании нашего сложного мира. Каждый год ученые открывают новые частицы, параллельно пытаясь ответить на вопрос о том, почему мы существуем.

Частица за частицей

Одной из последних обнаруженных физиками частиц является тетракварк (подробнее про их открытие я рассказывала вот здесь). Если совсем кратко, то тетракварки представляют собой частицу экзотической материи, которая содержит два тяжелых кварка и два легких антикварка. Кварки, как, вероятно, помнит читатель, являются фундаментальными строительными блоками Вселенной, из которых состоит вся материя.

Кварки также являются частицами, из которых могут состоять адроны — первая группа элементарных частиц. До недавнего времени считалось, что нейтроны состоят из трех кварков, но новая частица адрона состоит из четырех. Исследователи отмечают, что тетракварк самая долгоживущая частица из всех известных.

Тетракварки были обнаружены в 2020 году

Не пропустите: Ученые приблизились к пониманию того, почему существует Вселенная

Еще одной новинкой в нашем зоопарке оказались энионы. Это не просто новые частицы, они настолько необычны, что физики отнесли их к третьему царству элементарных частиц.

Критерий деления элементарных частиц на два царства это значение спина, квантового числа, которое характеризует собственный момент импульса частицы. Иными словами, если спин отдельно взятой частицы определяется целым числом перед вами бозон, а если полуцелым фермион.

Теперь же утверждение о том, что каждая последняя частица во Вселенной от космических лучей до кварков является либо фермионом, либо бозоном, кажется, придется пересмотреть. Вот что говорит об этом Фрэнк Вильчек, лауреат Нобелевской премии по физике из Массачусетского технологического института: «Раньше у нас были бозоны и фермионы, а теперь у нас есть это третье царство элементарных частиц».

В ходе научного исследования ученые доказали, что энионы принадлежат к отдельному классу элементарных частиц.

В ходе недавнего исследования физикам наконец удалось доказать, что энионы ведут себя как нечто среднее между поведением бозонов и фермионов. Более того, их поведение в точности соответствует теоретическим предсказаниям.

Больше по теме: Ученые из ЦЕРН стоят на пороге открытия новой физики

Причем здесь гравитационные волны?

Итак, освежив в памяти Стандартную модель, которая объясняет как взаимодействуют невидимые глазу частицы создавая реальность, идем дальше: если взаимодействие элементарных частиц создает наш мир, то может ли физика объяснить наше существование?

Очень похоже на то. По крайней мере астрофизики полагают, что в начале Вселенной существовал дисбаланс между материей и антивеществом. И чтобы понять, откуда он взялся, ученые обратились к гравитационным волнам.

Гравитационные волны это изменения гравитационного поля, распространяющиеся подобно волнам. Если совсем просто, то они искажают пространство-время. Подробнее о том, что такое гравитационные волны и когда и как их открыли читайте в увлекательном материале моего коллеги Артема Сутягина.

Гравитационные волны могут разрешить кризис космологии

Команда физиков-теоретиков, возглавляемая Грэмом Уайтом из Института физики и математики Вселенной Кавли, сосредоточилась на явлении, под названием Q-ball. Как и во многих концепциях теоретической физики, Q-ball относительно трудно объяснить.

Между тем, одна из самых больших космологических загадок заключается в том, почему Вселенная состоит из гораздо большего количества материи, чем антивещества. Совсем недавно команда физиков-теоретиков поняла, где искать ответ необходимо обнаружить гравитационные волны, создаваемые причудливыми квантовыми объектами под названием Q-ball.

Не будем также забывать, что у каждого вида обычной частицы материи есть партнер из антивещества с противоположными характеристиками. Так что когда материя взаимодействует с антивеществом, они уничтожают друг друга. Именно этот факт и делает наше существование загадкой, поскольку космологи почти уверены, что на заре Вселенной было равное количество вещества и антивещества.

Гравитационные волны, зафиксированные детектором LIGO, произошли из-за столкновения черных дыр

Но если все эти партнеры по материи и антивеществу должны были уничтожить друг друга, Вселенная бы осталась без материи вообще. Но материя, как мы знаем, существует, и исследователи начинают постепенно понимать в чем весь сыр-бор.

Вам будет интересно: Могут ли гравитационные волны разрешить кризис космологии?

Одна из потенциальных причин может заключаться в Q-ball-ах теоретических «комках», которые образовались сразу после Большого взрыва, до того, как Вселенная начала расширяться. Эти объекты должны содержать свою собственную асимметрию материи и антивещества. Это означает, что внутри каждого Q-ball-а существуют неравные доли материи и антивещества.

И если бы Qball-ы высвободили больше материи, чем антивещества, то стали бы причиной гравитационной ряби в пространстве-времени. Согласно результатам нового исследования, опубликованного в журнале Physical Review Letters, в таком случае обнаружить Q-ball-ы можно было бы с помощью гравитационных волн. Но как?

Распад Q-ball ключ к созданию гравитационных волн

По сути, Q-ball-ы это скопления заряженных полей, которые превратились в комки и слиплись. Однажды склеенные, они, как правило, служат долго, пережив фоновое излучение, возникшее в результате расширения Вселенной. Но вот в них потенциально интересно, так это то, что происходит, когда Q-ball распадаются.

Распад Q-ball происходит быстро и яростно. Причем настолько, что они образуют гравитационные волны! Более того, эти события распада относительно распространены, и у ученых должны быть средства для их обнаружения. Обсерватории гравитационных волн, такие как LIGO, уже обнаружили гравитационные волны от других источников, сравнимые по силе и частоте с волнами, вызванными распадающимися Q-ball-ами.

Вероятно, скоро мы узнаем о Вселенной много нового

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира и высоких технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram так вы точно не пропустить ничего интересного!

Отметим, что до сих пор не было обнаружено гравитационных волн, приписываемых распадам Q-ball-ов. Тем не менее, доктор Уайт и его коллеги с оптимизмом смотрят в ближайшее будущее:

Почти наверняка мы скоро обнаружим сигнал с начала времен, подтверждающий эту теорию о том, почему мы и остальной мир материи вообще существуем. Это захватывающее утверждение, и оно должно интересовать любого, кто кровно заинтересован в том, почему материя вообще существует, пишут авторы научной работы.

Разобраться как устроен наш мир непросто, но, кажется, реально

И напоследок хочется напомнить видимо в ближайшие годы нас ожидает огромное количество открытий. Ранее в этому году мы рассказывали о "новой силе природы" ученые из ЦЕРН действительно стоят на пороге открытия новой физики.

Так что ждем с нетерпением дальнейших исследований и стараемся разобраться в невероятно сложной для человеческого понимания физике строительных блоков нас самих и нашей Вселенной.

Последние комментарии