Топ-10 космических тайн, которые может разгадать Большой адронный коллайдер

За время своего существования известный ускоритель частиц предоставил только 3% из тех данных, которые он может предоставить.

Бозон Хиггса

Одним из самых известных открытий на БАК можно по праву считать обнаружение бозона Хиггса. О том, что такая элементарная частица существует, ученые предположили еще в 1964 году, а открыли ее только в 2012-м. Но, изучая эту необычную элементарную частицу, ученым еще многое предстоит узнать.

Бозон Хиггса был последней не открытой элементарной частицей, которую предсказывала Стандартная модель элементарных частиц. Она объясняет все фундаментальные силы и частицы, которые существуют во Вселенной.

Ученые предложили бозон Хиггса в качестве объяснения того, почему некоторые частицы имеют массу. Эта частица связана с полем Хиггса, которое придает массу другим элементарным или фундаментальным частицам, таким как электроны и кварки, из которых состоят протоны. Эта частица получает даже собственную массу от взаимодействия с полем Хиггса. Но не все элементарные частицы имеют массу. Например, у фотона, или проще говоря частицы света, массы нет.

Ученые считают, что еще много загадок связано с бозоном Хиггса, которые предстоит разгадать. Во время экспериментов в БАК физики уже видели странное поведение этой элементарной частицы, что может говорить о том, что впереди ученых ждут новые открытия.

Темная материя

Физики не оставляют надежду обнаружить с помощью БАК, частицы, которые составляют неуловимую темную материю, которая как считают ученые может составлять примерно 80% всей материи во Вселенной. Хотя темная материя и невидима, но ученые могут обнаружить ее влияние.

Сейчас у ученых уже есть информация о нескольких необычных частицах, которые могут составлять темную материю. Именно Большой адронный коллайдер является тем инструментом, который поможет найти эту неуловимую темную материю.

Темная энергия

Может показаться, что темная материя и темная энергия имеют какую-то связь между собой, но их схожесть состоит только в названии. Но, с другой стороны, темная энергия также невидима и неуловима, как и темная материя. Ученые считают, что темная энергия представляет собой загадочную силу, которая способствует ускоренному расширению Вселенной.

Фокус уже писал о том, что согласно новому исследованию, расширение Вселенной "скоро" закончится, и она начнет сжиматься. Этот процесс может привести к двум разным вариантам развития событий.

Хотя основное предназначение БАК – это работа с частицами, некоторые ученые полагают, что темная энергия – разновидность силы или поля. Значит коллайдер можно использовать для ее изучения так же, как раньше использовали поле Хиггса для создания бозона Хиггса.

Ученые предполагают, что существует новая физика, о которой еще неизвестно, поэтому новые эксперименты помогут обнаружить и частицы темной энергии.

Вимпы

Ученые продолжают поиск еще одной гипотетичной частицы, которая называется вимп. Эти частицы являются слабо взаимодействующими массивными частицами, и они могут существовать вне Стандартной модели.

Ученые предположили, что вимпы могут быть теми частицами, из которых состоит темная материя. Но пока эксперименты на БАК не обнаружили эту частицу. Тем не менее благодаря этому поиску, физикам удалось определить, какие частицы точно не являются темной материей.

По словам ученых, даже если поиск вимпов пока не увенчался успехом, этот процесс заставил физиков переосмыслить существующие представления о том, чем может быть темная материя. В ЦЕРНе не оставляют надежду обнаружить вимпы и понять, что они из себя на самом деле представляют.

Аксионы

Аксион — это еще одна гипотетическая элементарная частица, существование которой предположили еще в 1977 году. Эта частица, как предполагается имеет малую массу и энергию, и в 2020 году ученые уже обнаружили первое прямое доказательство существования аксионов. Эти частицы также рассматривают как кандидатов на темную материю. Но, пока физики не смогли обнаружить аксионы в БАК.

"Мы считаем, что аксион может быть той частицей, из которой состоит темная материя. Он мог быть создан в большом количестве во время Большого взрыва", — говорит Бенджамин Сафди из Калифорнийского университета в Беркли

Ученые считают, что новые эксперименты на Большом адронном коллайдере смогут обнаружить аксион.

"Призрачные частицы"

Нейтрино, которые называют "призрачными частицами", очень тяжело обнаружить из-за того, что эти частицы редко вступают в взаимодействие с обычной материей. Тем не менее, как уже писал Фокус, ученым удалось в 2021 году обнаружить нейтрино.

Нейтрино — это субатомные частицы, которые не имеют электрического заряда и имеют такую малую массу, что ученые раньше считали, что это вообще безмассовая частица. Физики считают, что нейтрино – это одна из самых распространенных частиц во всей Вселенной. Каждую секунду около 100 млрд нейтрино проходят через каждый квадратный сантиметр человеческого тела, и эти частицы находятся практически повсюду.

Теперь же знаменательное открытие этих частиц в прошлом году открывает физикам возможность изучить нейтрино более подробно, чтобы прикоснуться к еще одной тайне Вселенной.

Суперсимметрия

Суперсимметрия — это фундаментальная загадка Вселенной. Проще говоря, суперсимметрия — это теория, которая предполагает, что все фундаментальные частицы Вселенной должны иметь аналогичные гипотетические "суперчастицы". Эта теория утверждает, что когда элементарные частицы формировались в начале Вселенной, они были созданы вместе с соответствующими "суперчастицами". Но конкретных прямых доказательств суперсимметрии ученые не обнаружили.

Поэтому с помощью Большого адронного коллайдера физики хотят создать условия ранней Вселенной, чтобы найти признаки суперсимметрии.

Если теория верна, то суперсимметричные частицы должны появиться во время экспериментов на БАК, если они, конечно, существуют, говорят ученые.

Проблема материи-антиматерии

Одной из самых больших тайн в науке остается то, что известно, как "асимметрия материи-антиматерии". Согласно теории, во время Большого взрыва должно было произойти создание одинакового количества материи и антиматерии, частицы которой имеют противоположный электрический заряд, чем частицы материи. Согласно предположениям ученых, сейчас Вселенная состоит в основном из материи и лишь небольшого количества антиматерии. Отсюда и происходит эта ассиметрия.

Ученые считают, что Большой взрыв создал "почти" одинаковое количество антиматерии и материи, ведь, если бы это было равное количество, то два типа материи уничтожили бы друг друга. Но эта небольшая асимметрия между материей и антиматерией не полностью объясняется Стандартной моделью, и физики не уверены, как она привела к преобладанию материи во Вселенной.

Новые эксперименты на БАК могут помочь ответить на вопрос, касательно того, как именно возникала Вселенная и как распределилась в ней материя.

Таинственные частицы

Самый большой и самый мощный в мире ускоритель частиц хорош тем, что во время столкновения пучков протонов на скорости близкой к скорости света, он может создать новые частицы, о существовании которых физики только подозревали.

С 2011 по 2021 год ученые с помощью БАК открыли 59 новых типов частиц. Поскольку физики продолжают свои эксперименты, вполне можно ожидать новых открытий в этой области.

Стандартная модель

Стандартная модель элементарных частиц описывает все, что нас окружает и из чего состоит Вселенная. Но появляются все новые предположения, которые говорят о том, что Стандартная модель не справляется со своей задачей.

Именно с помощью Большого адронного коллайдера физики могут расширить Стандартную модель или же вообще заявить о создании новой физики. И это может произойти уже в течении ближайших нескольких лет. Бак запущен и физики ждут новых невероятных открытий, которые могут полностью изменить наше представление о Вселенной.