Охота на кварк тёмной материи объявляется открытой.
Взгляд под другим углом помог бы нам открыть тайны тёмной материи.
Загадочные частицы, которые составляют большую часть скрытой массы Вселенной,
ускользали от физиков на протяжении десятилетий. Но, возможно, они просто искали
не там.
Новая предполагаемая частица, связанная с фундаментальными кварками, и
найденная внутри протонов и нейтронов, выходит за рамки модели, созданной для
решения ещё одной тайны физики. Эта частица, вполне вероятно, и может оказаться
той самой тёмной материей. Более того, Большой адронный коллайдер (БАК) ускоритель заряженных частиц, расположенный в ЦЕРНе (Европейский совет ядерных
исследований) (Женева, Швейцария) может предоставить тому доказательства уже в
ближайшие годы.
Астрономы уверены, что тёмная материя существует по причине быстро
вращающихся галактик, что было бы невозможно без гравитационного притяжения
скрытой массы.
Избранный кандидат на роль тёмной материи - гипотетическая частица
нейтралино. Нейтралино была предсказана теорией суперсимметрии, которая
разрешает некоторые противоречия, возникающие в стандартной модели субъядерной
физики, путём удвоения числа элементарных частиц.
Нейтралино нейтрально заряжена и весомо взаимодействует с другими частицами
лишь посредством гравитационных сил - вот они, свойства тёмной материи. Но, если
самые простые модели суперсимметрии верны, то это уже должно было подтвердиться
экспериментами БАКа. Однако, пока не было даже слабого намёка на это.
"Нейтралино в качестве тёмной материи - это слишком умудрённо и
сомнительно", - говорит Марк Вайз из Калифорнийского технологического института в
Пасадине.
Бартоз Форнал и Тим Тейт из Калифорнийского института в Ирвине наткнулись на
ещё один вариант возможной тёмной материи, пытаясь решить: почему протон, как
частица атома, стабилен.
Одни частицы в стандартной модели распадаются на другие, а некоторые - нет,
причина тому - законы сохранения. Электрон, например, имеет наименьший заряд и
уже не может распасться на другие частицы, не потеряв свой заряд.
Никакие существующие законы сохранения не могут помешать протону
распасться, но пока физики не наблюдали этого. Текущие вычисления говорят о том,
что время жизни протона составляет по крайней мере 1034 лет, в то время как возраст
вселенной составляет примерно 1010 лет.
Форнал и Тейт задаются вопросом, могут ли неизвестные нам законы сохранения
препятствовать распаду протона. Учёные обратились к свойству, называемым
барионным числом.
"Барионное число вполне стабильно, хотя мы не понимаем, почему", - говорит
Тейт. К примеру, сохранение заряда связано с электромагнитными силами. Поэтому,
чтобы придать барионному числу тот же статус, Форнал и Тейт решили связать его с
новым видом силы.
Учёные предположили эту силу, постулируя существование единой силы лишь при
высоких энергиях, имевших место быть сразу после Большого взрыва. По мере того, как
Вселенная охлаждалась, единая сила разделилась на две отдельные силы: одна - как
раз таки связанная с барионном числом, а другая - ядерные силы, которые скрепили
кварки вместе, образовав тем самым протоны и нейтроны.
Не обошлось и без неожиданностей. Чтобы сделать унификацию возможной,
нужно добавить новые частицы - свойства, которые были предсказаны моделью. "Когда
вы сделаете это, теория автоматически начинает содержать в себе тёмную материю", рассказывает Тейт. "Вы бьётесь над решением совершенно другой проблемы и
внезапно обнаруживаете тёмную материю прямо перед носом!"
В новой модели кварки должны иметь партнёров больших по массе, а самые
лёгкие из них и будут иметь свойства тёмной материи. Так, эти частицы должны были
бы зародиться в нужном количестве во время становления вселенной, чтобы объяснить
тёмную материю, как мы её понимаем сегодня (arxiv.org/abs/1511.07380).
"Это одна из тех крутых, рискованных идей, которая, на мой взгляд, наиболее
интересная", - делится сотрудник БАКа, а также Калифорнийского университета (Ирвин)
Даниэль Уайтсон. Он уже строит планы по подтверждению предсказаний модели. Хотя
БАК не является достаточно мощным для создания частиц тёмной материи,
гипотетически существующих согласно модели, в течении нескольких следующих лет он
сможет создать частицы, относящиеся к единой силе.
"Иногда ты чувствуешь, что находишься на верном пути, и это как раз один из
таких случаев", - говорит Вайз. "Однако с природой не поспоришь, всё станет ясно
лишь после проведения эксперимента".
Original: New Scientist 5 December 2015, p. 10
Отзывы:
Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв