Группа ученых завершила масштабный расчет, который сужает круг поисков для физиков, пытающихся заглянуть за пределы Стандартной модели. Результаты их работы охватывают сразу 132 теоретических сценария, которые могли бы объяснить существование темной материи и темной энергии.
Отправной точкой служит принцип, заложенный еще Лоренцем и Эйнштейном — так называемая симметрия Лоренца. Согласно ей, любой эксперимент с электрическими зарядами должен давать одинаковый результат, независимо от того, движется ли лаборатория, покоится или повернута под углом. Это правило стало фундаментом для Стандартной модели. Но поскольку она не может описать все явления во Вселенной, ученые ищут способы ее «достроить».
Один из перспективных путей — поиск новых квантовых полей, которые нарушают эту симметрию. Если бы существовало особое направление в пространстве, двигаясь вдоль которого или вращаясь, были бы заметны изменение в поведении предметов, это и было бы похоже на нарушение. Еще в конце 90-х годов все такие возможные нарушения систематизировали в рамках так называемого расширения Стандартной модели (SME).
До недавнего времени из 132 потенциальных эффектов экспериментально удалось проверить и исключить 89. Оставались еще 43, которые формально могли проявляться в поведении вещества.
Ученые сосредоточились на протонах, нейтронах и электронах — частицах, из которых состоит обычная материя и которые проще всего изучать в прецизионных опытах. В своих расчетах ученые опирались на данные экспериментов с вращающимися атомами гелия и калия, а также с маятниками, которые теоретически могли бы скручиваться под действием неизвестных сил.
Осложняло задачу то, что все опыты проводились на Земле, а она, как известно, вращается. Это означает, что в разное время суток и на разной широте лаборатория имеет разную скорость и ориентацию. Любое нарушение симметрии выглядело бы как изменение свойств частицы в зависимости от этих факторов.
Главный итог работы в том, что ученым удалось математически описать ограничения для всех оставшихся 43 сценариев. Как признаютсяученые, для этого не потребовалось изобретать новую математику, но понадобилось огромное терпение и аккуратность — расчеты велись около семи лет.
Коллеги высоко оценили проделанную работу. По мнению экспертов, теперь, когда стало ясно, насколько малы могут быть искомые эффекты, у экспериментаторов появляется стимул создавать еще более чувствительные приборы.
Цель была не только в том, чтобы заполнить белые пятна в теории. Если в будущем какой-либо эксперимент все же зафиксирует нарушение симметрии Лоренца, это станет настоящей сенсацией и укажет путь к следующей «теории всего», возможно, связанной с теорией струн. Пока же физики получили четкую карту того, где именно и с какой точностью стоит искать.
Читайте также:
Квантовая гравитация может заменить темную энергию в объяснении ускорения Вселенной
Дополнительные частицы в семействе бозонов Хиггса могут объяснить пробелы «Стандартной модели»