Самый мощный в мире ускоритель частиц снова запущен – и вот, что он может найти

Большой адронный коллайдер

Большой адронный коллайдер (БАК), гигантский подземный ускоритель частиц, который открыл нам долгожданный бозон Хиггса, возобновил свою работу в последнее воскресенье перед Пасхой (5 апреля).

БАК был отправлен на покой на два года, в течение которых проходила его модернизация, но в воскресенье в 10:41 утра по местному времени недалеко от Женевы ( Швейцария), ученые физики щелкнули тумблером, пустив первый пучок протонов по кольцевому ускорителю элементарных частиц.

Ученые будут медленно увеличивать энергию пучков и в конечном итоге БАК будет сталкивать атомы с мощностью на 60% большую, чем раньше.

«После двух лет усилий, БАК находится в отличной форме», говорит в своем заявлении Фредерик Бордри, директор из ЦЕРН (Европейского Центра ядерных исследований). «Но самый важный шаг еще впереди, когда мы будем увеличивать энергию пучков до новых рекордных уровней».

Эти пучки протонов с колоссальной энергией будут запущены в БАК в противоположных направлениях, бомбардируя друг друга при столкновении лоб в лоб. Каждое такое столкновение порождает облако из мельчайших частиц, и ученые таким образом надеются получить доселе еще неизвестные частицы.

Новые частицы полностью изменят наши знания о физике. Во время публичных лекций, проходящих в институте теоретической физики «Периметр», профессор физики Джон Баттерворт из колледжа Лондонского университета, объяснил, какие задачи БАК будет решать, когда он наберет обороты на полную мощность:

1. Теория Суперсимметрии

Бозон Хиггса был последней частицей, предсказанной основной теорией физики элементарных частиц, называемой стандартной моделью. Хотя и до настоящего времени ученые признают, что теория эта неполная.

Суперсимметрия в рамках стандартной модели предсказывает существование не открытых пока частиц – суперпартнеров для каждой элементарной частицы. Новый и улучшенный БАК будет сталкивать протоны с рекордным уровнем энергии и физики надеются увидеть доказательства существования этих суперсимметричных частиц в облаках, полученных в результате этих столкновений.

2. Темная материя

Таинственное, невидимое, и до сих пор ничем не регистрируемое вещество составляет более четверти нашей вселенной. Оно называется темная материя, и его открытие будет столь же важно для физики, как и открытие бозона Хиггса.

«Когда вы смотрите на галактики вы видите лишь очень небольшую часть их общей массы», говорит Баттерворт. «Остальная масса невидима и связана с темной материей».

Пока к сожалению у ученых нет прямых экспериментальных данных, что темная материя существует. Физики лишь знают, что она не может состоять из частиц известных на сегодняшний момент науке. Некоторые из частиц, прогнозируемые теорией суперсимметрии являются идеальным кандидатом на место частицы темной материи. Ученые-физики предполагают, что это должна быть действительно тяжелая частица, которая требует очень мощной энергии при столкновении протонов (вот почему мы не увидели ее в при первых экспериментах БАК), и которая очень слабо взаимодействует с другими частицами (в связи с чем ее очень сложно зарегистрировать).

3. Антивещество

«Физика говорит нам, что каждый частица имеет античастицу. Это означает, что Большой взрыв должен был привести к выбросу равного количества материи и антиматерии», рассказал Баттерворта.

Ученые доказали, что в тот момент, когда материя и антиматерия вступают в контакт, они аннигилируют друг друга. То есть, если бы в результате Большого Взрыва было создано равное количество материи и антиматерии, то тогда вселенная сразу была бы уничтожена. Получается, что материи во вселенной гораздо больше, чем антиматерии, но ученые не имеют ни малейшего понятия, почему так произошло.

БАК будет изучать частицы и античастицы более подробно, чтобы попытаться разгадать эту загадку.

4. Следующий вопрос, который требуется решить касается гравитации.

«Нам известно, что стандартная модель не может объяснить, как работает гравитация» рассказал Баттерворт. «Гравитация даже не представлена какой-либо из известных нам элементарных частиц. Некоторые физики полагают существование тяжелой частицы (так называемого «Гравитон»), и мы возможно получим доказательства его существования, используя новые мощности БАК».

Некоторые физики предложили довольно дикую теорию, согласно которой гравитация из нашей Вселенной как бы просачивается в другие измерения, и мы найдем доказательства этому в микроскопических черных дырах, которые могут неожиданно возникнуть в БАК и почти сразу же исчезнуть.

5. Темная энергия.

Когда ученые вычислили, что Вселенная все еще расширяется и мало того продолжает расширяться с ускорением, это ознаменовало революцию в космологии.

И также это вызвало еще одну проблему в понимании гравитации. Если гравитация существует, то должна быть какая-то другая сила, которая обуславливает это быстрое расширение Вселенной. Физики предположили, что такая сила возникает из-за тёмной энергии, но так же как и о темной материи мы о ней знаем очень мало.

Некоторые ученые полагают, что темная энергия может быть объяснена теорией суперсимметрии, и соответственно намного более быстрые и мощные столкновения частиц в БАК могут пролить свет на эту темную сторону нашей Вселенной.

«Будем надеяться, что большие знания о природе темной энергии приведут к революции в области гравитационной теории и теории квантовой механики», сказал Баттерворт.

БАКу потребуется несколько месяцев, чтобы увеличить свою мощность до максимума, но когда это произойдет, вполне возможно, что мы сможем найти что-то, что поставит всю теоретическую физику с ног на голову.

Поделиться →

Top