Стандартная модель физики элементарных частиц, или просто Стандартная модель, — теоретические рамки в физике, которые наиболее точно и удачно описывают текущее положение элементарных частиц, их значения и поведение. Стандартная модель не является и не претендует на звание «теории всего», поскольку не объясняет темную материю, темную энергию и не включает гравитацию. Постоянные подтверждения Стандартной модели, на зло альтернативной модели суперсимметрии, появляются на Большом адронном коллайдере. Впрочем, не все физики любят Стандартную модель и желают ей скорейшей кончины, ведь это может потенциально привести к развитию более общей теории всего, объяснению черных дыр и темной материи, объединению гравитации, квантовой механики и общей теории относительности.
Пока мы с вами заняты повседневными делами, ученые в ЦЕРН охлаждают почти до абсолютного нуля антиматерию и вообще-то стоят на пороге открытия Новой физики. И так как нет на свете ничего интереснее чем тайны мироздания, предлагаю ненадолго отложить дела и погрузиться в изумительный мир физики. Начнем с того, что теорию антиматерии впервые предложил английский физик-теоретик, один из создателей квантовой теории Поль Дирак в 1928 году. Всего четыре года спустя его теория получила подтверждение. Сегодня мы знаем, что антиматерией ученые называют эфирную противоположность материи. Ее частицы идентичны своим материальным двойникам, за исключением их физических свойств – там, где электрон имеет отрицательный заряд, его антиматериальный двойник, позитрон, имеет положительный. Причина, по которой мы не сталкиваемся с антиматерией так часто, как с обычной материей, заключается в том, что они аннигилируют друг с другом при контакте, что чрезвычайно затрудняет хранение и изучение антиматерии в повседневной жизни.
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.
Если физики элементарных частиц добьются своего, новые ускорители смогут в один прекрасный день тщательно исследовать самую любопытную субатомную частицу в физике — бозон Хиггса. Спустя шесть лет после открытия этой частицы на Большом адронном коллайдере, физики планируют новые огромные машины, которые будут растягиваться на десятки километров в Европе, Японии или Китае.
Из чего состоит Вселенная на самом базовом, фундаментальном уровне? Существует ли мельчайший из возможных кирпичик или набор кирпичиков, из которых можно построить буквально все в нашей Вселенной и которые нельзя разделить на что-то еще меньшее? На этот вопрос у науки есть много интересных ответов, впрочем, которые нельзя назвать финальными и окончательными. Потому что в физике всегда есть место для неопределенности, особенно когда речь заходит о том, что мы найдем в будущем.
Стандартная модель. Что за дурацкое название для самой точной научной теории из всех известных человечеству. Более четверти нобелевских премий по физике прошлого века были присуждены работам, которые либо прямо, либо косвенно были связаны со Стандартной моделью. Название у нее, конечно, такое, будто за пару сотен рублей можно купить улучшение. Любой физик-теоретик предпочел бы «удивительную теорию почти всего», каковой она, собственно, и является.
С середины и до конца двадцатого века квантовые физики разобрали по частям единую теорию физики, предложенную общей теорией относительности Эйнштейна. Физика большого подчиняется гравитации, но только квантовая физика могла описывать наблюдения малого. С тех пор продолжается теоретическое перетягивание каната между гравитацией и тремя другими фундаментальными взаимодействиями, пока физики пытаются расширить гравитацию или квантовую физику, чтобы одна могла поглотить другую. Последние измерения, поступившие с Большого адронного коллайдера, показывают расхождение между прогнозами Стандартной модели, которые могут намекать на совершенно новые сферы Вселенной, лежащие в основе описываемого квантовой физикой. Хотя для подтверждения этих аномалий требуются повторные испытания, подтверждение будет означать поворотный момент в нашем самом фундаментальном описании физики частиц на сегодняшний день.
Физики из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре обнаружили явление, которое нельзя подвести ни под одно основное допущение, которых придерживается Стандартная модель физики. Такой вывод был сделан после того, как ученые рассмотрели три отдельных эксперимента. Ученые усердно и упорно работали, чтобы понять физический мир, открыть теории и принципы, определяющие принципы физического вещества. Так называемая Стандартная модель физики включает все законы и принципы, касающиеся материи во всех ее формах и размерах. Стандартная модель применяется даже к физике частиц. Во всяком случае должна.
Эксперимент LHCb, который функционирует в рамках работы Большого адронного коллайдера в ЦЕРНе, показал любопытные аномалии в распаде некоторых частиц. Если эта информация подтвердится, мы получим новые физические явления, не предсказанные Стандартной моделью физики частиц. Наблюдаемый сигнал все еще имеет слабую статистическую значимость, но усиливает аналогичные показания из предыдущих исследований. Предстоящие данные и последующие анализы позволят установить, действительно ли эти намеки являются трещинами в Стандартной модели или статистическими флуктуациями, как это иногда бывает.
Физика уже заждалась своей давно запланированной встречи с будущим — опять и снова, снова и опять кое-кто опаздывает. Самые последние, самые чувствительные поиски частиц, из которых, как мы думаем, могла бы состоять темная материя — невидимая субстанция, на которую приходится 85% массы в космосе — ни к чему не привели. Вимпы (WIMP, слабо взаимодействующие массивные частицы), эти крошечные субатомные частицы, прячутся лучше, чем думали физики, когда более 30 лет назад предсказывали их существование. Либо их не существует, что будет означать наше глубокое непонимание Вселенной. Многие ученые до сих пор питают надежду, что обновленные версии экспериментов по поиску вимпов их, наконец, найдут. Другие же усомнились в самом сердце тьмы и начинают подумывать о том, что пора выбросить на свалку истории наши представления о темной материи.