Объявлены основные научные проблемы, которые предстоит решить ученым

Москва, 20:41, 19 Окт 2017, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

Когда Большой адронный коллайдер (БАК) обнаружил бозона Хиггса в 2012 году, это стало кульминацией многолетней всемирной охоты. Нобелевское открытие гравитационных волн на детекторе LIGO произошло спустя столетие после того, как Эйнштейн предсказал эти явления. Но даже с несколькими крупными прорывами за последние несколько лет, остаются огромные неуловимые вопросы в космосе и физике, которые все еще не поняты учеными на данный момент.

Найти суперсимметрию

Ученые подключаются к границам физики в поисках суперсимметрии, что позволяет заполнить некоторые пробелы в стандартной модели физики частиц. Эта модель предсказывает, что частицы не имеют массы. И все же мы знаем, что они ее имеют. Бозон Хиггса, кажется, отвечает на часть этой проблемы, давая массу частицам. Но даже в этом случае это не совсем идеальное объяснение.

Еще одно объяснение заключается в том, что для каждой частицы есть зеркальная частица. (Это не совсем похоже на антиматерию, это совсем другая идея.) Зеркальная частица будет иметь полуцелый спин (вид вращения частицы), что делает ее похожей, но трудно обнаружимой. Никто раньше не видел чего-то подобного, и это может не существовать в нашей повседневной жизни. Эти суперсимметричные частицы также объясняли бы, почему бозон Хиггса относительно лёгкий.

«Дополнительные частицы, предсказанные суперсимметрией, будут компенсировать вклад в массу Хиггса от их партнеров по стандартной модели, что сделает возможным легкие бозоны Хиггса», — поясняет CERN.

Если мы сможем выяснить суперсимметрию, тогда мы сможем понять, почему гравитация настолько слаба. Сопутствующее поле Хиггса могло бы также лучше объяснить, почему материя имеет больше массы, чем она должна была бы быть при всех теоретических расчетах.

Если физики могут обнаружить суперсимметрию, то это поможет ответить на многие вопросы о том, почему материя действует так, как она действует при более высоких энергиях.

Поправить стандартную модель физики

Поиск суперсимметрии является лишь одной из проблем, почему стандартная модель физики не работает. Гравитация не ведет себя так же, как и другие связанные силы, проявляя гораздо большую «слабость», чем, скажем, притяжение электромагнетизма. Нейтрино, по-видимому, имеют массу, хотя и не должны. Частицы ведут себя странно на самых низких уровнях и в полной дисгармонии на самых высоких уровнях.

Кажется, что каждый тест говорит нам, что наша стандартная модель в основном правильная, но так не должно быть. Это странный парадокс и есть что-то, что нужно исправить, чтобы по-настоящему понять Вселенную. Это, пожалуй, самый большой вопрос в физике.

Разобраться с темной материей и энергией

Чтобы наша Вселенная расширялась со скоростью, а мы видим, что она расширяется, в ней должно быть много материи и энергии. Но все, что мы видим, составляет лишь около 4 процентов того, что необходимо для того, чтобы Вселенная расширялась. Это оставляет 68 процентов Вселенной состоящей из темной энергии — силы, расширяющей вселенную, и 26 процентов темной материи, которая, хотя мы не можем ее видеть и не знаем, из чего она состоит, дает нам наше понимание того, как крупные объекты, такие как галактики, «толкают» друг друга.

Есть два ведущих кандидата на то, что составляет темную материю: WIMP и MACHOs. WIMP — это слабо взаимодействующие массивные частицы, что означает, что темная материя — это своего рода вещество, которое проходит прямо через электроны, протоны, нейтроны и т. д., но все же имеет гравитационное натяжение. MACHOs, Massive Compact Halo Objects, относится к идее, что темная материя — это накопление гигантских объектов, которые мы не можем видеть, потому что они не дают света.

Выяснить тайну истории Вселенной

Нам известны основные факты о том, как все это началось. Был Большой Взрыв почти 14 миллиардов лет назад, за которым последовало быстрое расширение и изменения. Спустя несколько сотен миллионов лет появились первые галактики. Но именно то, что произошло во время «промежутка времени», окутано туманом тьмы.

Мы называем это время сразу после тьмы «Эпохой реионизации». Это потому, что Вселенная до этого казалась густым облаком какое-то время перед появлением галактик, которые «реионизировали» водород в прозрачное состояние.

Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), который планируется запустить в 2019 году, сможет оценить эту эпоху в поисках того, как выглядели первые галактики.

Отыскать множество экзопланет и инопланетян

Мы заметили первые экзопланеты в 1990-х годах, и с тех пор они выросли до тысяч штук, в том числе несколько десятков, которые находятся в обитаемых зонах вокруг их звезд. Тем не менее, мы понятия не имеем, поддерживает ли кто-либо из них жизнь. Многие из этих планет вращаются вокруг маленьких, активных звезд, которые могут разрушить атмосферу, резко сокращая шансы на жизнь.

Телескоп Джеймс Уэбб сможет посмотреть на этих кандидатов и определить, есть ли у них атмосфера и еще какие-то элементы. Если это так, это означало бы, что намного больше планет в нашей Вселенной потенциально дружат с жизнью.