Виявлено нові елементарні частки. Чому це важливо?

Ми частина Всесвіту. І це не просто слова.Кожна жива істота на планеті складається з крихітних, невидимих ​​оку елементарних частинок. Те саме стосується всієї видимої матерії, яку астрономи спостерігають за допомогою телескопів. На щастя, для вивчення атомів не потрібно вирушати в космічну подорож – фізики чудово справляються із цим завданням на Землі. Наприклад, за допомогою Великого адронного колайдера (БАК) прискорюючи частинки та дроблячи матерію на атоми. Так, за останні роки світ дізнався про існування найрізноманітніших частинок – бозона Хіггса, тетракварків та еніонів. Всі ці частинки створюють реальний світ і можуть багато розповісти про влаштування Всесвіту, наприклад, про таємничу темну матерію, побачити яку нікому не вдалося. Нещодавно дослідники повідомили про відкриття «кузена» бозона Хіггса, а також про аномалії, імовірно спричинені стерильними нейтрино.

Виявлено нові елементарні частки. Невже нова фізика маячить на обрії?

нейтрино - загадкові квантові частинки, масу якихважко виміряти. Нейтрино дивовижні, оскільки маса, яку вони містять, не враховується у Стандартній моделі елементарних частинок, що описує субатомний світ.

зміст

• 1 Світ елементарних частинок
• 2 Стерильні нейтрино
• 3 Осьовий бозон Хіггса
• 4 Стандартна модель назавжди

Світ елементарних частинок

Загальна теорія відносності (ОТО) з неймовірноюточністю описує закони фізики як у Землі і у космосі. Ейнштейн також передбачив існування гравітаційних хвиль та чорних дірок, щоправда, він вважав, що їхнє виявлення неможливе. Але незважаючи на відкриття останніх років, ВТО не може описати Всесвіт цілком.

Масла у вогонь підливає квантова механіка - фундаментальна фізична теорія, яка описує природу в масштабі атомів та субатомних частинок. Вважається, що вони пронизують Всесвіт і утворюють фундаментальні сили природи.

Цікавий факт
Основна проблема побудови наукової «теоріївсього» полягає в тому, що квантова механіка та загальна теорія відносності (ОТО) мають різні сфери застосування. Квантова механіка в основному використовується для опису мікросвіту, а загальна теорія відносності застосовується до макросвіту.

Існує чотири фундаментальні сили або взаємодії — гравітація, електромагнетизм, сильна та слабка ядерні взаємодії. Спільно вони становлять основу відомих природних явищ.

Нагадаємо, що Стандартна модель елементарнихчастинок описує електромагнітну, слабку та сильну взаємодію. Фотони, наприклад, опосередковують електромагнетизм, а великі частинки, такі як W та Z-бозони, опосередковують слабку ядерну взаємодію, яка керує ядерним розпадом на субатомному рівні.

Але чим більше фізики поринають у вивченнямікросвіту, тим більше у них виникає запитань. І особливо про нейтрино – найпоширеніших у природі частинок, побачити які не можна. Більшість нейтрино надходять від Сонця, але деякі утворюються у верхніх шарах атмосфери. Словом, сучасна фізика поки що не може описати Всесвіт цілком.

Більше теми: Фізики довели існування еніонів – третього царства частинок

Стерильні нейтрино

Отже, сьогодні ми знаємо про існування трьох типів чи різновидів нейтрино: електронні, мюонні та тау-нейтрино. Багато дослідників вважають, що існує четвертий аромат – стерильні нейтрино.

Свою назву ці частки отримали виходячи зприпущення у тому, що вони взаємодіють коїться з іншими частинками виключно з допомогою гравітації. А ось три різновиди можуть пояснити природу темної матерії.

Нейтрино входить до найпоширенішихчастинок у Всесвіті, але зловити їх складно. Так як у цих частинок практично немає маси та електричного заряду. Відстежити їх можна лише за слабкою ядерною взаємодією.

Темна матерія – таємнича невидима та невловима субстанція,частку якої припадає 85% всієї матерії у Всесвіті. У той же час одними з можливих частинок, що становлять темну матерію, можуть бути стерильні нейтрино.

Особливе ставлення фізиків до нейтрино обумовленоїх дивними властивостями -електронне нейтрино може перетворитися на тау-або мюонне нейтрино, і навпаки. Це пояснює цікавий квантомеханічний ефект під назвою нейтринні осциляції - коли один вид нейтрино перетворюється на інший, або стає антинейтрино.

Пошуками нейтрино вчені займаються по всьому світу

Ряд аномалій, виявлених ще в 1990-х роках учас експериментів щодо вивчення нейтрино, підтвердила робота 2002 року, а також дослідження останніх років. До того ж новий експеримент, проведений глибоко під землею, також зафіксував наявність аномалій, тож або стерильні нейтрино дійсно існують, або всі наші знання фізики помилкові.

Ще більше цікавих статей читайте на нашому каналі Яндекс.Дзен. Там регулярно виходять статті, яких немає на сайті

Осьовий бозон Хіггса

Існування бозона Хіггса було передбачено в1964 року фізиком-теоретиком Пітером Хіггсом, але виявити частку вдалося лише на Великому адронному колайдері (БАК) десять років тому. Вважається, що саме бозон Хіггса надає масу решті частин стандартної моделі і фактично її підтверджує.

Але нещодавно фізики з університету Бостонаповідомили про виявлення спорідненої бозона Хіггса частинки – так званої осьової бозон Хіггса. Такого висновку дослідники дійшли без допомоги ВАК, що дивно. Більше того, наявність у «частинки Бога» родича свідчить про недоліки сучасної фізичної теорії, включаючи неточність стандартної моделі елементарних частинок.

До речі, виявити «кузена» бозона Хіггса вдалося під час настільного оптичного експерименту, який проводився на звичайному столі, повідомляє Live Science.

Великий адронний колайдер дозволив виявити частинки, існування яких пророкували десятиліття тому

Стандартна модель включає два типи частинок:бозони, до яких відносяться глюони та гравітони; і ферміони, які складають матерію і включають нейтрино, електрони і кварки. Проте пошуки частинок, здатних повністю пояснити природу Всесвіту, часто заводять фізиків у безвихідь. Так що дослідники очікують на новий запуск ВАК після майже трирічної перерви і сподіваються виявити більше частинок, що ховаються на просторах Всесвіту.

Читайте також: Фізики одержують дедалі більше доказів існування нової, невідомої сили природи

Стандартна модель назавжди

За словами авторів наукової роботи, опублікованоїу журналі Nature, осьовий бозон Хіггса створює магнітне поле. А ще ця частка може бути частиною темної матерії, з якої складається більша частина Всесвіту.

Щоб виявити таємничу частинку вченівикористовували рідкісноземельний трителурид - квантова речовина з двовимірною кристалічною структурою. У ньому електрони самоорганізуються у хвилю, у якій щільність заряду періодично збільшується чи зменшується.

Бозон Хіггса – частка, яка переносить взаємодію між іншими частинками та має інертну масу

За словами дослідники, осьовий бозон Хіггсавиник, коли в квантовій речовині за кімнатної температури імітували певний набір хвиль. Для подальшого спостереження за новою часткою фізики використовували розсіювання світла.

Спочатку ми просто досліджувалисвітлорозсіювальні властивості цієї речовини. Але потім виявили аномальні зміни, що натякали на існування чогось нового, — пояснюють автори наукової роботи.

Найголовніше в цій історії полягає в тому,що поява осьового бозона Хіггса все ще узгоджується зі стандартною моделлю елементарних частинок. Теоретично новий бозон Хіггса може пояснити існування темної матерії. Щоправда, для цього потрібна нова теорія, яка б узгоджувалась з існуючими експериментами та ще не виявленими частинками. Тож говорити про нову фізику поки що зарано.

Не пропустіть: Фізика частинок та новітні технології: що на нас чекає у найближчі 10 років?

Вчені з ЦЕРН стоять на порозі відкриття «нової фізики»

З іншого боку, низка раніше опублікованихдосліджень свідчить про аномалії та виявлення нової сили природи. Докладніше про те, що ця сила і чому фізика стоїть на порозі змін ми розповідали тут, рекомендуємо до прочитання.