Польські фізики-теоретики та норвезькі фізики-експериментатори відтворюють «мініатюрні великі вибухи» в колайдерах частинок, щоб розгадати таємниці раннього Всесвіту. Вони шукають відповіді на питання про те, звідки взявся надлишок речовини, що таке т. зв темна матерія і те, що сталося одразу після Великого вибуху.
Польсько-норвезький проект переслідує п’ять дослідницьких цілей, в т.ч дослідження утворення сфалеронів і міні-чорних дір на LHC, пошук нових джерел порушення CP-симетрії, напр. розпадів бозона Хіггса, або проблема механізму електрослабкого фазового переходу. Для аналізу використовуються такі інструменти, як алгоритми машинного навчання, повідомляє факультет фізики Варшавського університету (FUW).
«Є питання, які Стандартна модель не пояснює: одна з них — це таємниця так званої темної матерії. Частинки, які ми знаємо, складають лише 5 відсотків матерії Всесвіту. Що таке решта, тобто так звана темна матерія і темна енергія? Відповідь на це питання стала б справжньою революцією у фізиці», – каже проф. доктор хаб. Стефана Покорського, який у своїх дослідженнях шукає найфундаментальніші закони, що керують еволюцією Всесвіту.
Ще одна головоломка – утворення надлишкової речовини. Спочатку матерія і антиматерія були присутні в рівних кількостях, але пізніше, в результаті асиметрії взаємодій при анігіляції матерії і антиматерії, спостережуваний надлишок матерії залишився. Вчені гадають, чому так сталося, і шукають «кандидатів» на темну матерію.
Фізики-теоретики пропонують різні теорії, які необхідно перевірити експериментально. Співпраця між теорією та досвідом є важливою. Як наголошується в прес-релізі FUW, це можливо завдяки гранту, отриманому в рамках конкурсу GRIEG для дослідницьких проектів, які виконуються спільно дослідницькими групами з Польщі та Норвегії.
Партнер науковців FUW на чолі з проф. Стефана Покорського команда проф. Анна Ліпняцка з факультету фізики та технологій Бергенського університету. Дослідники шукають темну матерію.
«Великий адронний колайдер дозволяє «відтворити» явища, які мали місце в самому ранньому Всесвіті, генеровані там енергії — до 13 тераелектронвольт (ТеВ) відповідають енергії частинок у Всесвіті на одну мільярдну частку секунди після Великий вибух», – пояснює проф. Покорського.
Чи слід шукати появу Темної матерії ще раніше в історії Всесвіту? За словами професора, поки це неможливо, оскільки неможливо збільшити вироблену в LHC енергію. Проте можна підвищити точність вимірювань при існуючих енергіях, тобто більш точно аналізувати дані з детекторів LHC. Фізики сподіваються, що такі дії дозволять зафіксувати явища, які досі залишалися поза їхньою увагою. Вони зазначають, що детектори LHC фіксують мільярди зіткнень за секунду, але лише частина цих вимірювань реєструється та піддається подальшому аналізу.
Як нагадав проф. Покорського, Всесвіту близько 13,6 мільярдів років, але знання про його раннє походження все ще неповні. Відразу після Великого вибуху Всесвіт був набагато меншим і гарячішим, ніж сьогодні. Він був заповнений трильйонною плазмою елементарних частинок. В результаті охолодження і розширення Всесвіту з цього «гарячого супу» почали утворюватися протони і нейтрони, з кварків і глюонів, які почали зливатися в атомні ядра, т.зв. процес нуклеосинтезу. З часом електрони почали групуватися навколо ядер, і так утворилися атоми.
Сучасна фізика дала опис явищ, що відбулися в Ранньому Всесвіті через секунду після т.зв. великий вибух. У 70-х роках ХХ століття була створена теорія елементарних взаємодій, Стандартна модель, підтверджена протягом наступних трьох десятиліть в експериментах, проведених у т.зв. прискорювачі частинок, у тому числі Великий адронний колайдер (LHC) у Європейській організації ядерних досліджень CERN у Женеві.
Найпотужніший у світі прискорювач, розташований у круглому тунелі на глибині 100 метрів під землею, складається з 27-кілометрового кільця надпровідних магнітів із низкою прискорювальних структур. Це дозволяє частинкам, що рухаються зі швидкістю, близькою до світла, стикатися одна з одною. Результати зіткнень фіксуються низкою детекторів елементарних частинок, у тому числі двома великими: ATLAS і CMS. Запуск LHC зробив можливим проведення новаторських експериментів у фізиці, напр. відкриття бозона Хіггса або пентакварків. Однак є таємниці, на які експерименти, проведені на LHC, досі не дали відповіді.
Проект «Ранній Всесвіт: теорія та експерименти з прискорювачем у пошуках розгадки його таємниць» фінансується Норвезьким фінансовим механізмом 2014-2021 і очолюється Національним науковим центром.
Наука в Польщі
kol/ zan/
