Насъщните проблеми, които лишават физиците от сън

Кои са въпросите, чиито отговори физиците най-много от всичко на света искат да знаят?

Списание Symmetry Magazine (издавано от две американски физични лаборатории с държавно финансиране) е решило да разбере, като попитало специалисти по физика на елементарните частици.

Ето какво се е получило.

Какъв ще бъде краят на Вселената?

Веднъж поетът Робърт Фрост се поинтересувал в лед или пламъци ще загине светът и физиците и до днес не могат да отговорят на този въпрос.

Стив Уимпъни от Калифорнийския университет в Ривърсайд отбелязва, че отговорът много зависи от тъмната енергия, която остава неизвестен член на уравнението.

Тъмната енергия е отговорна за ускореното разширение на Вселената, но нейният произход е тайна, забулена в мрак. Ако тъмната енергия е постоянна в продължение на дълъг период от време, нас вероятно ни чака „Голямо замръзване” – Вселената продължава да се разширява все по-бързо и по-бързо и в крайна сметка галактиките толкова ще се отдалечат една от друга, че сегашната пустота на Космоса ще ни се стори като детска забава.

Ако тъмната енергия нараства, разширението ще стане толкова бързо, че ще се увеличи пространството не само между галактиките, но и между звездите, тоест самите галактики ще бъдат разкъсани – този вариант се нарича „Голям разрив”.

Още един сценарий се състои в това, че тъмната енергия намалява и вече не може да противодейства на силата на тежестта, което ще накара Вселената да се свие („Голям колапс”).

Но както и да се развиват събитията, ние сме обречени. Дотогава – милиарди или дори трилиони години – са достатъчно, за да разберем все пак как ще загине Вселената.

Хигс бозонът няма никакъв смисъл. Защо съществува?

Този въпрос е предложен от Ричард Руис от Питсбъргския университет. Зад шеговитата форма стои реална липса на разбиране на природата на частицата, открита миналата година на Големия адронен колайдер.

Хигс бозонът обяснява как всички останали частици придобиват маса, но в същото време повдига множество нови въпроси. Например защо бозонът на Хигс взаимодейства с всички частици различно? Например t кваркът взаимодейства с него по-силно от електрона, поради което масата на първия е много по-висока от тази на втория.

„Това е единственият пример за „неуниверсална” сила в Стандартния модел”, подчертава Руис. Освен това Хигс бозонът е първата елементарна частица с нулев спин. „Пред нас е съвсем нова област от физиката на елементарните частици. Нямаме си и понятие каква е нейната природа.”

Защо Вселената е балансирана по такъв начин, че животът може да съществува?

Ако Вселената е сътворена не от Бог, а от слепия случай, нас просто нямаше да ни има. В това изказване има частица истина. Наистина галактиките, звездите, планетите, хората са възможни само във Вселена, която на първо време се е разширявала със строго определена скорост.

За разширението отговаря центробежното налягане на тъмната енергия, което противостои на насочената навътре сила на привличане, определяща масата на Вселената, основна част от която е нещо невидимо, наречено тъмна материя.

Ако съотношението на тези сили беше друго (ако тласъкът на тъмната енергия след раждането на Вселената се е оказал малко по-силен) – пространството би се разширявало прекалено бързо и нито галактиките, нито звездите биха могли да се образуват.

Ако тъмната енергия е тласкала малко по-слабо, Вселената отново би се свила. Така че защо, пита Ерик Рамберг от Националната ускорителна лаборатория „Енрико Ферми”, те са толкова добре уравновесени, че е възникнала тази Вселена, в която ние живеем.

„Неизвестна ни е фундаменталната причина на този баланс – подчертава специалистът. – Няма съмнение, че количеството тъмна енергия във Вселената е най-точно настроеният показател в цялата физика.”

Откъде се вземат астрофизичните неутрино?

Теорията предсказва, че прекалено високоенергийните неутрино се пораждат от сблъсъци на бързите заредени частици (космически лъчи) с частици светлина (фотони) в космическото микровълново фоново лъчение, с което е пронизана цялата Вселена.

Но какво привежда този процес в движение и как космическите лъчи се ускоряват, не е известно. Водещата хипотеза, за която няма никакви доказателства, се състои в това, че началото на космическите лъчи се дават от вещество, попадащо в гладните свръхмасивни черни дупки в центъра на галактиките.

Възможно е получилите се в резултат неутрино да летят толкова бързо, че всяка от тях има толкова енергия, колкото в бейзболна топка, макар в последните милиарди милиарди атоми.

„Ние нищо не знаем за тяхната природа – казва Абигейл Вирег от Института по космологична физика „Кавли” към Чикагския университет, предложил въпроса. – Когато узнаем, тогава и ще направим справка за източниците, които ускоряват тези частици до необичайно високи енергии.

Защо се е случило така, че Вселената се състои от материя, а не от антиматерия?

Антиматерията е като материята, от която се състоят планетите, звездите, галактиките. Разликата е само една – зарядът. Според съвременните представи в новородената Вселена двете са поравно.

Скоро след Големия взрив материята и антиматерията анихилирали. Пита се, как се е случило така, че някакво количество материя все пак е останало?

Защо именно материята се е сдобила с успех, а антивеществото е загубило „дърпането на въжето”? За да обяснят това неравенство, учените усърдно търсят примери за нарушение на СР-инвариантността, тоест процесите, при които частиците предпочитат да се разпадат с образуването на материя, но не и антиматерия.

„Преди всичко бих искал да разбера различават ли се неутринните осцилации между неутриното и антинеутриното – казва споделящата въпроса Алисия Мерино от Колорадския университет. – Нищо подобно досега не е наблюдавано, но ние се надяваме на следващото поколение експерименти.”

Източник: Scientific American