Рубрики
Шел 2016 год, физики работали не покладая рук. Четыре года назад, БАК подтвердил существование бозона Хиггса, предсказанный Стандартной моделью. Все шло к тому, что ТАНК должен найти другие новые частицы — сама природа, казалось, требовал их. Но все данные, собранные учеными, только разрушить их мечты в пух и прах. В стандартной модели и общей теории относительности работают отлично, но физики считают, что есть макияж. Они думают, что эти теории неполные, не связанные друг с другом и иногда приводят к парадоксу, лечение, которое еще не нашли. Должно быть что-то еще. Но где искать?
Тайники с новых явлений все меньше и меньше. Но физика еще не исчерпал всех возможностей. Перед вами наиболее перспективные, в котором в данный момент ведутся поиски.
Столкновения частиц высокой энергии, как те, что достигли с помощью БАК, не в состоянии производить все существующие частицы энергии, которые он в столкновении частиц. Но количество новых частиц зависит от силы их взаимодействия. Частица, которая взаимодействует очень слабо, может возникнуть так редко, что до сих пор не видели.
Физики предложили много новых частиц, которые попадают в эту категорию, потому что мало, интерактивный материал в целом очень похож на темную материю. В частности, включены слабо взаимодействующие массивные частицы (вимпы), стерильных нейтрино и аксионы (даже сильный кандидат темной материи).
Эти частицы ищут, как с помощью прямых измерений — смотрят, больших емкостей, в подземных шахтах в ожидании редких взаимодействий — и пытается необъяснимые астрофизические процессы, которые могли бы играть роль косвенного сигнала.
Если эти частицы не были плохо интерактивного типа, мы бы их уже заметили, если только их масса не переходит в энергию, которой нам удалось достичь с ускорителями частиц в этот момент. В этой категории мы все суперсимметричные частицы-партнеры, что является гораздо более тяжелых частиц стандартной модели, потому что суперсимметрия нарушена. Кроме того, на высокие энергии, вы можете увидеть, возбуждения частиц, которые присутствуют в моделях с компактифицированными дополнительными измерениями. Эти возбуждения показывает, на некоторые дискретные уровни энергии, которые зависят от размера дополнительных измерений.
Собственно говоря, большую роль в вопросе возможного обнаружения такой частицы не играете массы и энергии, необходимых для производства таких частиц. Сильное взаимодействие, например, демонстрирует «конфайнмент», что означает, что за нарушение quark нужно много энергии, даже если их вес не очень большой. Следовательно, кварки должны иметь компоненты — часто называют «преонами» — что есть «взаимодействие» — «техниколором» — похож на сильный ядерных. Более заметные модели техниколора вошли в противоречие с данными еще десятки лет назад. Но идея продолжает жить, и даже если оставшиеся в живых модели не особо популярны, сбрасывать ее со счетов не стоит.
Эти явления ищут БАК и высокой энергии космических лучей.
Высокая точность испытания процессов Стандартной модели дополняют измерения высоких энергий. Они могут быть чувствительны к минимуму эффекты, возникающие от виртуальных частиц, энергия которых слишком высока, чтобы их можно было изготовить на ускорители частиц, но очень важно на низких энергиях из-за квантовых эффектов. Примеры тому — распад протона, нейтрона-антинейтронные качания, мюон g-2, каонные колебаний. Все эти примеры являются эксперименты, которые ищут аномалий в Стандартной модели, и точность этих измерений постоянно растет.
Еще одно доказательство точности — поиск безнейтринного двойного бета-распада, который показал бы, что нейтрино являются майорановскими частицами, совершенно новый тип частиц.
Во времена молодой Вселенной, материи гораздо более плотной и более горячей, чем мы могли когда-либо надеяться достигнуть наших ускорителей частиц. Соответственно, оставшиеся с тех времен подписей может дать нам новую пищу для размышлений. Колебания температуры в космическом микроволновом фоне может проверить сценарий инфляции или ее альтернативы, может наша Вселенная возродить «большой отскок», а не «большого взрыва» и квантовалась если в те времена тяжести.
Некоторые подписи новой физики проявляются на больших расстояниях, а не на малых. Нерешенным остается вопрос, например, форма Вселенной. Если она бесконечно велика, или закрывается в себе? И если да, то как? Одно из исследований, посвященных этой теме, ищет повторяющиеся узоры, колебания температуры космического фонового излучения (CMB). Если мы живем в мультивселенной, две вселенные, возможно, довелось встретиться, и которые оставили след в CMB. Другое явление, которое может проявляться на больших расстояниях, это пятая власть, которая может привести к легкой поломки ОТО.
Не все эксперименты большие и дорогие. Даже в случае открытия «на коленке» всегда более менее правоподобны для того, просто потому, что многое уже было испытано и сделано, остается поле, где маленькие эксперименты в лаборатории может вывести нас на новый след. Особенно, что касается квантовой механики, в которой маленькие механизмы и детекторы позволяют выполнять ранее невозможные эксперименты. Может быть, когда-нибудь мы будем в состоянии решить спор о «правильной» интерпретации квантовой механики, просто измерять, как правильно.
Физика еще далека от завершения. Становится все труднее контролировать новые фундаментальные теории, но мы постепенно расширяем границы многих нынешних экспериментов. Где-то там может быть новая физика; нам нужно просто увеличить энергию, точность и искать все более тонкие эффекты. Если природа это хорошо для нас, в этом десятилетии мы будем в состоянии уничтожить Стандартной модели и перейти к новой вселенной за ее пределами.
Где скрывается новая физика?
Илья Хель