Наукпоп

19 червня, 07:15

Ексклюзив НВ

Велике відкриття. Фізики виявили невідому частинку, яка може бути темною матерією

Команда американських науковців під керівництвом фізиків із Бостонського коледжу виявила осьовий бозон Хіггса під час «настільного» експерименту.

Відкриття нової частинки — це завжди велика подія для фізиків. Іноді для цієї події потрібне дороге обладнання, неймовірна кількість енергії та роки аналізу отриманих даних. Колайдери, прискорювачі, синхроноти та інші величезні машини коштують великих грошей і займають чимало простору.

Проте, деякі випадки відрізняються. Правильне поєднання матеріалів може творити дива — і тоді виявити нову частинку можна навіть під час експерименту, який більше нагадує лабораторну роботу на парі, ніж серйозне наукове дослідження.

Передплатіть, щоб прочитати повністю

Нам необхідна ваша підтримка, щоб займатися якісною журналістикою

Передплатити
Перший місяць 1 ₴. Відмовитися від передплати можна у будь-який момент

Ми звикли до того, що фізики досі виявляють нові частинки. Перше і водночас найцікавіше питання, яке вчені вивчають — чи вписується нове відкриття в Стандартну модель — Біблію у світі фізики елементарних частинок, — чи порушує нашу найкращу наукову теорію з якихось незрозумілих причин.

Відкриття бозона Хіггса було неймовірним досягненням свого часу. Це квант скалярного поля, взаємодія з яким дає масу всім елементарним частинкам.

Ця частинка є наріжним каменем Стандартної моделі, якою ми знаємо її зараз. На початку 2022 року вченим також вдалося виміряти час життя бозона Хіггса — він збігся з передбаченням Стандартної моделі в межах експериментальної похибки.

Команді вчених, якими керував Кеннет Берч, професор фізики в коледжі Бостона, вдалося виявити осьовий бозон Хіггса. Це щось подібне до двоюрідного брата однієї з головних частинок сучасної фізики — бозона Хіггса — відкриття якого в 2012 році ідеально «закрило» Стандартну модель.

«Коли моя учениця показала мені дані, я подумав, що вона, мабуть, помиляється. Не щодня ви знаходите нову частинку на своєму столі», — розповідає Берч.

Нова частинка вносить сум’яття. Від «двоюрідного брата» вона відрізняється наявністю магнітного поля, тому для пояснення її існування потрібна складніша теорія.

Теорії, що передбачали існування осьового бозона Хіггса, пояснювали також темну матерію. Так, вчені щойно виявили частинку, яка може стати одним із найзагадковіших компонентів космосу, на стільниці.

Темна матерія — одна з головних таємниць Всесвіту. Вважається, що темна матерія становить основу космічного павутиння — найбільшої структури у Всесвіті. Переплетення її «павутинок» ми звикли називати галактиками.

Головним доказом існування цього компонента космосу є її гравітаційний вплив на зірки та галактики, рух яких не можна пояснити виключно звичайною матерією. Вчені припускають, що темна матерія має взаємодіяти зі звичайною матерією без гравітації, проте поки що немає свідчень цього.

За сучасними уявленнями вчених, елементарні частинки у Всесвіті виникають з різних полів, що пронизують простір-час нашого світу. Деякі з них формують фундаментальні сили природи: гравітацію, електромагнетизм, сильну і слабку ядерні взаємодії.

Однак раніше, коли наш Всесвіт був зовсім молодим і практично неостиглим, кордонів між цими силами практично не існувало, а всі частинки були фактично ідентичними. Лише подальше охолодження Всесвіту дало можливість частинкам «розділитися» — фізики називають це порушенням симетрії. Саме в такі моменти утворюється бозон Хіггса.

Для його виявлення в лабораторних умовах потрібні складні експерименти з величезними магнітами, потужними лазерами і температурами, що наближаються до абсолютного нуля.

Берч пояснює, що для виникнення осьового бозона Хіггса має порушитися відразу кілька симетрій, що призводить до особливих коливань квантового поля. Проте експериментальний доказ існування частинки виявився набагато легшим.

Під час свого експерименту вчені імітували певний набір коливань квантових матеріалів кімнатної температури в рідкоземельному трителуриді, після чого розсіювали світло для спостереження за частинкою.

Осьовий бозон Хіггса унікальний тим, що це перша частинка, яка справді може пояснити існування темної матерії і водночас узгоджується із сучасними теоріями. На перевірку результатів експерименту у вчених пішов рік — і зараз вони впевнені, що справді виявили таку частинку.

Другие новости

Всі новини