Поиски новой физики.
В 2015 году после длительного подготовительного периода вновь будет запущен БАК. Этот второй этап работы Большого Адронного Коллайдера будет, пожалуй, не менее драматичным, чем первый, когда искали бозон Хиггса. Энергия столкновения частиц будет увеличена с 8 до 13 Тэв и более. Повышение энергии столкновений означает, что на коллайдере смогут рождаться в больших количествах те тяжелые частицы, которые не рождались или появлялись исключительно редко до сих пор. Хотя переход от 8 к 13 ТэВ кажется на первый взгляд несущественным достижением, темп рождения гипотетических частиц с массой в несколько ТэВ вырастет при этом на порядки. Что это будут за частицы, да и будут ли они вообще появляться - заранее, конечно, неизвестно. Но вариантов Новой физики, разработанных теоретиками, уже очень много, и многие ученые связывают с новым этапом работы коллайдера большие надежды.
После обнаружения бозона Хиггса есть много захватывающих возможностей. "Когда искали бозон Хиггса, мы знали, что их трудно обнаружить, но мы так же знали, где искать и как", говорит Игнатиос Антониадис, глава отдела теоретической физики ЦЕРНа. "Сверхточные эксперименты электрослабых взаимодействий на ЛЭП (LEP англ. Large Electron-Positron collider)и другие эксперименты показали, что бозон Хиггса должен существовать не очень далеко от границ доступных ЛЭП. Теперь, когда мы завершили картину Стандартной Модели, мы вступаем совершенно на другую территорию".
Новая территория - это то, что учёные называют находящееся "за пределами Стандартной Модели". Новая физика должна ответить на открытые вопросы, такие как: что такое тёмная материя? Почему Вселенная состоит, в превалирующем состоянии из материи, а не антиматерии и материи примерно в одинаковой пропорции? Аналогичны ли новые скалярные бозоны Хиггса? Как можно объяснить разницу между массой между кварками и лептонами разных поколений? Существует ли гравитон, и почему гравитация настолько слаба, по сравнению с другими фундаментальными взаимодействиями? Сколько измерений в нашем Мире 10 или 11?.
Эти вопросы чрезвычайно трудны как с экспериментальной, так и с теоретической точки зрения. Но у физиков есть козырной туз, припасённый заранее. "Хотя каждое из этих явлений может быть истолковано в рамках различных теоретических моделей, многие из них имеют одну общую черту: если они существуют в природе, их след в наших детекторах будет провяляться в том, что "не будет хватать энергии для баланса" говорит Антониадис.
"Отсутствующая энергия" проявляется тогда, когда есть несоответствие между энергией в начале и в конце данного процесса. "В стандартной модели, это расхождение связано с нейтрино, этих частиц, которые выскальзывали из детектора, не оставляя каких-либо следов," объясняет Антониадис.
"Однако в физике за пределами стандартной модели, отсутствие энергии также может быть интерпретирована присутствием многих неоткрытых частиц, в том числе слабо взаимодействующих массивных частиц (WIMP), которые являются очень сильными кандидатами для тёмной материи. Если существует ВИМПы, столкновения на 13 ТэВ может выявить их и это будет еще один огромный прорыв."
Так как теория суперсимметрии ещё не доказана и не опровергнута, высокоэнергетические столкновения могли бы выявить суперсимметричных партнёров известных частиц, по крайней мере более легких из них. "Отсутствие энергии" можно было бы интерпретировать в пользу существования гравитона и других экзотических частиц.
"У нас есть множество возможностей, и это означает, что мы будем вынуждены отказаться от старой парадигмы работы с экспериментальными данными, имея в виду определенную теоретическую модель, которая показывает нам, где искать и как," говорит Антониадис. "Мы должны взглянуть на данные полностью беспристрастным и новым независимым способом. Благодаря последним исследованиям мы теперь знаем Стандартную Модель, так что, если мы наблюдаем неизвестный источник пропажи без вести энергии, мы можем быть уверены, что это обусловлено Новой Физикой."
Дополнительные скалярные бозоны - родственники бозона Хиггса - полное множество возможностей, которые откроет второй запуск Большого Адронного Коллайдера. "Теория не ограничивает общее количество скалярных полей, которые могут существовать в природе," заключает Антониадис. "Найти первый потребовал 40 лет технологического прогресса и фундаментальных исследований. Кто знает? Может быть другие из них существуют и будет проще их найти!"
Так же важны эксперименты по обнаружению суперсимметричных частиц. До сих пор нет и намёка на подтверждение суперсимметричных моделей элементарных частиц. Однако это вовсе не закрывает суперсимметричные модели. Работы будут продолжаться несколько лет как на LHC, так и на неколлайдерных детекторах тёмной материи.
http://elementy.ru/news/432038
http://elementy.ru/news/432381
http://elementy.ru/LHC/news?theme=2653111&newsid=432240