Прихований Всесвіт

Прихований Всесвіт
Коли багато років тому я завершила наукове стажування в Європейській організації з ядерних досліджень (CERN), то назад вирушила високошвидкісним поїздом. Я щойно подолала кордон між Швейцарією й Німеччиною, мою увагу привернули сценки за вікном, які блискавично проминали перед моїми очима: тут пара молодят обіймається на спорожнілому пероні, за мить – літній чоловік коло поіржавілої вантажівки без колеса, а ще за момент – дві тінейджерки бродять по ставку. Образи з’являлися і зникали, але їх все-таки вистачило, щоб розворушити уяву – пише Марцела Карена в журналі Scientific American.

Незадовго до поїздки я завершила статтю, присвячену теорії мюонів, елементарних частинок, які є важчими родичами електронів, і відправила її в редакцію часопису, щоб інші науковці, які спеціалізуються на фізиці елементарних частинок, могли її зрецензувати, що було необхідно для публікації. У поїзді я зауважила своєрідну схожість між думками, які виникали в моїй голові під впливом образів, що блискавично змінювались, і моїми дослідженнями.

У тій праці я проаналізувала делікатний вплив невидимих “віртуальних” частинок на мюони, щоб потім на основі цього спостереження отримати повніший образ нашого квантового Всесвіту. Як молода теоретикиня на порозі кар’єри, я дізналася про заплановані експерименти з дослідження невеличких відхилень поміж наявними та передбачуваними властивостями мюонів. Упродовж кількох місяців я працювала в CERN над способами зв’язку потенційних розбіжностей у властивостях мюонів із таємничою темною матерією, яка наповнює Всесвіт, та іншими загадками. У моїй уяві справи розвивалися швидко: “Чудово, тепер почекаю якусь мить, а експерименти покажуть, чи я мала рацію”. Тоді я не думала, що ця мить триватиме чверть століття.

Щойно у квітні цього року я змогла прослухати через інтернет презентацію, у якій дослідники з мого рідного центру Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), що коло Чикаго, підсумовували результати вимірювань з експерименту Muon g–2 (g мінус два). У всьому світі за нею стежили тисячі науковців, які хотіли знати, чи незабаром правила фізики потрібно буде модифікувати.

Проєкт, який зараз реалізується в Fermilab, є вдосконаленим продовженням експерименту 2001 року. У ньому було помічено цікаві розбіжності в поведінці мюонів, на які я розраховувала. Однак 20 років тому даних було замало, щоб результат визнати вирішальним. Тепер Кріс Поллі, один із речників експерименту Muon g–2, представив довгоочікувані результати першої вимірювальної сесії експерименту.

Я напружено слідкувала за новими результатами. Вони узгоджувались із попередніми вимірюваннями, які свідчили про те, що мюони не поводяться точно так, як передбачає наявна теорія. Зважаючи на обидва ці експерименти, ми підійшли вже дуже близько до статистичного порогу, який у фізиці умовно визначає межі відкриття. Що ж це за розбіжність, яка так сильно заінтригувала мене та інших науковців? Вона стосується спіну мюонів, які рухаються в магнітному полі. Зміна напрямку спіну, що зветься прецесією, виникає під впливом “віртуальних” частинок, які, згідно з дивними правилами квантової механіки, з’являються в порожнечі й відразу ж зникають. Якщо є інші частинки, крім тих, що відомі нам, то вони можуть з’являтися так само, як і “віртуальні”, і впливати на спін мюонів у наших вимірюваннях.

Експеримент, що зараз проводиться у Fermilab, і його попередник показали, що прецесія спіну мюонів є більшою, ніж можна було сподіватись, зважаючи на взаємодію із відомими частинками. Якщо ця розбіжність буде остаточно підтверджена, то це стане найбільшим переломом у фізиці елементарних частинок від відкриття бозона Хіггса, тобто останньої частинки, передбаченої в Стандартній моделі. Можливо, спостерігаючи за наслідками діяльності віртуальних частинок, ми зможемо розв’язати загадку темної матерії чи навіть відкрити невідомі досі природні сили.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *


З ЦИМ МАТЕРІАЛОМ ЧИТАЮТЬ


Реконструкція обличчя мумії Вулканічна активність Місяця