Научпоп

19 июня, 07:15

Эксклюзив НВ

Большое открытие. Физики обнаружили неизвестную частицу, которая может оказаться темной материей

Команда американских ученых под руководством физиков из Бостонского колледжа обнаружила осевой бозон Хиггса во время «настольного» эксперимента.

Открытие новой частицы — это всегда большое событие для физиков. Иногда для этого события требуется дорогое оборудование, невероятное количество энергии и годы анализа полученных данных. Коллайдеры, ускорители, синхротроны и прочие огромные машины стоят больших денег и занимают немало пространства.

Однако некоторые случаи отличаются. Правильное сочетание материалов может творить чудеса — и тогда обнаружить новую частицу можно даже во время эксперимента, который больше напоминает лабораторную работу на паре, чем серьезное научное исследование.

Подпишитесь, чтобы прочитать целиком

Нам необходима ваша поддержка, чтобы заниматься качественной журналистикой

Подписаться
Первый месяц 1 ₴. Отписаться можно в любой момент

Мы привыкли к тому, что физики до сих пор обнаруживают новые частицы. Первый и одновременно самое интригующий вопрос, который ученые изучают — вписывается ли новое открытие в Стандартную модель — Библию в мире физики элементарных частиц, — либо нарушает нашу лучшую научную теорию по каким-то непонятным причинам.

Открытие бозона Хиггса было невероятным достижением своего времени. Это квант скалярного поля, взаимодействие с которым дает массу всем элементарным частицам.

Эта частица является краеугольным камнем Стандартной модели, какой мы знаем ее сейчас. В начале 2022 года ученым также удалось измерить время жизни бозона Хиггса — оно совпало с предсказанием Стандартной модели в рамках экспериментальной погрешности.

Команде ученых, которыми руководил Кеннет Берч, профессор физики в Бостонском колледже, удалось обнаружить осевой бозон Хиггса. Это что-то вроде двоюродного брата одной из главных частиц современной физики — бозона Хиггса — открытие которого в 2012 году идеально «закрыло» Стандартную модель.

«Когда моя ученица показала мне данные, я подумал, что она, должно быть, ошибается. Не каждый день вы находите новую частицу на своем столе», — рассказывает Берч.

Новая частица вносит сумятицу. От «двоюродного брата» она отличается наличием магнитного поля, а потому для объяснения ее существования требуется более сложная теория.

Теории, которые предсказывали существование осевого бозона Хиггса, объясняли также темную материю. Да, ученые только что обнаружили частицу, которая может оказаться одним из самых загадочных компонентов космоса, на столешнице.

Темная материя — одна из главных тайн Вселенных. Это до сих пор необнаруженный тип материи, который совершенно не взаимодействует со светом.Считается, что темная материя составляет основу космической паутины — крупнейшей структуры во Вселенной. Переплетения ее «паутинок» мы привыкли называть галактиками.

Главное доказательство существования этого компонента космоса — ее гравитационное влияние на звезды и галактики, движение которых нельзя объяснить исключительно обычной материей. Ученые предполагают, что темная материя должна взаимодействовать с обычной материей без гравитации, однако пока что нет никаких свидетельств этого.

Согласно современным представлениям ученых, элементарные частицы во Вселенной возникают из различных полей, пронизывающих пространство-время нашего мира. Некоторые из них формируют фундаментальные силы природы: гравитацию, электромагнетизм, сильное и слабое ядерные взаимодействия.

Однако раньше, когда наша Вселенная была совсем молодой и практически неостывшей, границ между этими силами практически не существовало, а все частицы были фактически идентичными. Лишь последующее остывание Вселенной дало возможность частицам «разделиться» — физики называют это нарушением симметрии. Именно в такие моменты образуется бозон Хиггса.

Для его обнаружения в лабораторных условиях требуются сложные эксперименты с огромными магнитами, мощными лазерами и температурами, приближающимися к абсолютному нулю.

Берч объясняет, что для возникновения осевого бозона Хиггса должно нарушиться сразу несколько симметрий, что приводит с особым колебаниям квантового поля. Однако экспериментальное доказательство существования частицы оказалось намного легче.

Во время своего эксперимента ученые имитировали определенный набор колебаний квантовых материалов комнатной температуры в редкоземельном трителлуриде, после чего рассеивали свет для наблюдения за частицей.

Осевой бозон Хиггса уникален тем, что это первая частица, которая действительно может объяснить существование темной материи и одновременно с этим согласуется с современными теориями. На проверку результатов эксперимента у ученых ушел год — и сейчас они уверены в том, что действительно обнаружили такую частицу.

Другие новости

Все новости