Топ-10 космічних таємниць, які може розгадати Великий адронний колайдер

Великий адронний колайдер (ВАК), розташований у ЦЕРНі, неподалік Женеви, Швейцарія, є головним прискорювачем частинок на планеті. Його нещодавно знову запустили після модернізації. За допомогою ВАК, що розташований у підземному тунелі на глибині 100 м, учені вже здійснили кілька важливих відкриттів за 14 років існування цього прискорювача частинок. У ньому вчені зіштовхують пучки протонів на швидкості, близькій до швидкості світла. Але у Великого адронного колайдера величезний потенціал, і вчені можуть розгадати ще багато таємниць Усесвіту, повідомляє Space.

Незважаючи на те, що за час свого існування ВАК уже надав фізикам багато важливої інформації про те, як влаштований Усесвіт, учені підрахували, що прискорювач частинок надав лише 3% тих даних, які він може надати. І ще один запуск колайдера вже дав кілька важливих результатів.

Фокус уже писав, що після запуску вченим вдалося встановити новий рекорд на ВАК, а також дослідники здійснили ще один прорив у фізиці. Але попереду ще багато відкриттів, вважають науковці. У Всесвіті є кілька головних таємниць і загадок, які може розгадати саме ВАК. Пропонуємо топ-10 таємниць, які можуть виявити вчені на Великому адронному колайдері.

Бозон Хіггса

Одним із найвідоміших відкриттів на ВАК можна по праву вважати виявлення бозона Хіггса. Те, що така елементарна частка існує, вчені припустили ще 1964 року, а відкрили її лише 2012-го. Але, вивчаючи цю незвичайну елементарну частинку, вченим ще багато чого доведеться дізнатися.

Бозон Хіггса був останньою не відкритою елементарною частинкою, яку передбачала стандартна модель елементарних частинок. Вона пояснює всі фундаментальні сили та частки, які існують у Всесвіті.

Учені запропонували бозон Хіггса як пояснення того, чому деякі частинки мають масу. Ця частка пов'язана з полем Хіггса, яке надає масу іншим елементарним або фундаментальним частинкам, таким як електрони та кварки, з яких складаються протони. Ця частка отримує навіть свою масу від взаємодії з полем Хіггса. Але не всі елементарні частинки мають масу. Наприклад, у фотона, або часточки світла, маси немає.

Учені вважають, що ще багато загадок, які потрібно розгадати, пов'язано з бозоном Хіггса. Під час експериментів у ВАК фізики вже бачили дивну поведінку цієї елементарної частки, що може говорити про те, що попереду на вчених чекають нові відкриття.

Темна матерія

Фізики не залишають надію виявити за допомогою ВАК частинки, які складають невловиму темну матерію, яка, як вважають учені, може становити приблизно 80% усієї матерії в Усесвіті. Хоча темна матерія невидима, але вчені можуть виявити її вплив.

Зараз учені вже мають інформацію про кілька незвичайних частинок, які можуть становити темну матерію. Саме Великий адронний колайдер є тим інструментом, що допоможе знайти цю невловиму темну матерію.

Темна енергія

Може здатися, що темна матерія та темна енергія мають якийсь зв'язок між собою, але їх схожість полягає лише у назві. Але, з іншого боку, темна енергія також невидима та невловима, як і темна матерія. Вчені вважають, що темна енергія є загадковою силою, яка сприяє прискореному розширенню Всесвіту.

Фокус вже писав про те, що згідно з новим дослідженням, розширення Всесвіту "швидко" закінчиться, і він почне стискатися. Цей процес може призвести до двох різних варіантів розвитку подій.

Хоча основне призначення ВАК — це робота з частинками, деякі вчені вважають, що темна енергія — різновид сили чи поля. Значить, колайдер можна використовувати для вивчення так само, як раніше використовували поле Хіггса для створення бозона Хіггса.

Учені припускають, що існує нова фізика, про яку ще невідомо, тому нові експерименти допоможуть виявити частки темної енергії.

Вімпи

Учені продовжують пошук ще однієї гіпотетичної частки, що називається вімп. Ці частинки є масивними частинками, які слабко взаємодіють, і вони можуть існувати поза стандартною моделлю.

Учені припустили, що вімпи можуть бути тими частинками, із яких складається темна матерія. Але поки що експерименти на ВАК не виявили цю частинку. Тим не менш, завдяки цьому пошуку, фізикам вдалося визначити, які частки точно не є темною матерією.

За словами вчених, навіть якщо пошук вімпів поки що не увінчався успіхом, цей процес змусив фізиків переосмислити теперішні уявлення про те, чим може бути темна матерія. У ЦЕРНі не полишають надію виявити вімпи та зрозуміти, чим вони є насправді.

Аксіони

Аксіон — це ще одна гіпотетична елементарна частка, існування якої припустили ще 1977 року. Ця частка, як передбачається, має малу масу й енергію, і у 2020 році вчені вже виявили перший прямий доказ існування аксіонів. Ці частки також розглядають як кандидатів на темну матерію. Але поки фізики не змогли виявити аксіони у ВАК.

"Ми вважаємо, що аксіон може бути тією часткою, з якої складається темна матерія. Він міг бути створений у великій кількості під час Великого вибуху", — каже Бенджамін Сафді з університету Каліфорнії в Берклі.

Учені вважають, що нові експерименти на Великому адронному колайдері можуть виявити аксіон.

"Примарні частки"

Нейтрино, які називають "примарними частинками", дуже важко виявити через те, що ці частки рідко вступають у взаємодію зі звичайною матерією. Проте, як уже писав Фокус, ученим вдалося у 2021 році виявити нейтрино.

Нейтрино — це субатомні частинки, які не мають електричного заряду та мають таку малу масу, що вчені раніше вважали, що це взагалі безмасова частка. Фізики вважають, що нейтрино — це одна з найпоширеніших частинок у всьому Всесвіті. Кожну секунду близько 100 млрд нейтрино проходять через кожен квадратний сантиметр людського тіла, і ці частинки є практично всюди.

Тепер же знаменне відкриття цих частинок минулого року відкриває фізикам можливість вивчити нейтрино докладніше, щоб торкнутися ще однієї таємниці Всесвіту.

Суперсиметрія

Суперсиметрія — це фундаментальна загадка Всесвіту. Простіше кажучи, суперсиметрія — це теорія, яка передбачає, що всі фундаментальні частинки Всесвіту повинні мати аналогічні гіпотетичні "суперчастки". Ця теорія стверджує, що коли елементарні частинки формувалися на початку Всесвіту, вони були створені разом із відповідними "суперчастинками". Але конкретних прямих доказів суперсиметрії вчені не виявили.

Тому за допомогою Великого адронного коллайдера фізики хочуть створити умови раннього Всесвіту, щоб знайти ознаки суперсиметрії.

Якщо теорія правильна, то суперсиметричні частки мають з'явитися під час експериментів на ВАК, якщо вони, звісно, існують, кажуть учені.

Проблема матерії-антиматерії

Однією з найбільших таємниць у науці залишається те, що називають "асиметрія матерії-антиматерії". Відповідно до теорії, під час Великого вибуху мало статися створення однакової кількості матерії й антиматерії, частинки якої мають протилежний електричний заряд, ніж частинки матерії. Згідно з припущеннями вчених, зараз Усесвіт складається в основному з матерії та лише невеликої кількості антиматерії. Звідси й походить ця асиметрія.

Учені вважають, що Великий вибух створив "майже" однакову кількість антиматерії та матерії, адже, якби це була рівна кількість, то два типи матерії знищили б один одного. Але ця невелика асиметрія між матерією й антиматерією не повністю пояснюється Стандартною моделлю, і фізики не впевнені, як вона призвела до переважання матерії в Усесвіті.

Нові експерименти на ВАК можуть допомогти відповісти на питання щодо того, як саме виникав Всесвіт і як розподілилася в ньому матерія.

Таємничі частки

Найбільший і найпотужніший у світі прискорювач часток хороший тим, що під час зіткнення пучків протонів на швидкості, близькій до швидкості світла, він може створити нові частинки, про існування яких фізики лише підозрювали.

Із 2011 до 2021 року вчені за допомогою ВАК відкрили 59 нових типів частинок. Оскільки фізики продовжують свої експерименти, цілком можна очікувати нових відкриттів у цій галузі.

Стандартна модель

Стандартна модель елементарних частинок описує все, що оточує нас і з чого складається Всесвіт. Але з'являються нові припущення, які говорять про те, що Стандартна модель не справляється зі своїм завданням.

Саме за допомогою Великого адронного коллайдера фізики можуть розширити Стандартну модель або взагалі заявити про створення нової фізики. І це може статися вже протягом найближчих кількох років. Бак запущений, і фізики чекають на нові неймовірні відкриття, які можуть повністю змінити наше уявлення про Всесвіт.