Стандартная модель заслуживает еще нескольких Нобелевский премий

Темная материя зафиксирована экспериментально!

Давно предсказанная темная материя, наконец, зафиксирована в эксперименте. Беспрецедентному открытию российских ученых способствовало переосмысление представлений о природе темной материи, что позволило по-иному взглянуть на, казалось бы, странные данные ранних экспериментов и интерпретировать их в новом ключе.

В самом деле, ныне предполагается, что частица темной материи представляет собой довольно массивный по параметрам микромира объект, являющийся античастицей к самому себе и участвующий только в двух взаимодействиях: слабом и гравитационном. Причем сечение взаимодействия с иными частицами оказывается ничтожно малым – в той мере, что самыми современными приборами наблюдения до сих пор не удалось надежно зафиксировать рождающиеся в аннигиляции фотоны. Естественно, возник вопрос: а справедлива ли существующая интерпретация свойств темной материи? Нет ли иных вариантов комбинации уже известных параметров микрочастиц, которые способны естественным образом породить массивный, слабовзаимодействующий с иными частицами объект? И такая комбинация была обнаружена! «Я вижу только одну причину, по которой это простое решение не было найдено ранее, - замечает автор открытия, известный российский физик-ядерщик Святослав Логинов. - Инерция мышления! До сих пор ни одному специалисту, работающему в области физики высоких энергий, не могло и в голову прийти то, что частица может не участвовать в слабом взаимодействии вовсе».

Действительно, по нынешним представлениям, слабое и электромагнитное взаимодействия являют собой варианты единого, электрослабого поля, порождаемого рядом общеизвестных частиц: фотонов, W и Z- бозонов. Частицы, не обладающие электрическим зарядом, общеизвестны: нейтроны (но они состоят из заряженных кварков, а потому мы не можем рассматривать их, как истинно нейтральные). И лептонные нейтрино в трех вариантах: электронное, мюонное, тау-лептонное. Эти частицы не обмениваются виртуальными фотонами – и именно по этой причине не участвуют в электромагнитном взаимодействии. Однако они обладают так называемым лептонным зарядом, положительным или отрицательным по величине (наряду с иными лептонами: электронами, мюонами и тау-лептонами) – а потому способны компенсировать число рождающихся и исчезающих в столкновениях и распадах частиц лептонов таким образом, что суммарный лептонный заряд оказывается неизменным. Кроме того, нейтрино всех видов участвуют в обмене W и Z- бозонами, отчего с заметной интенсивностью взаимодействуют с веществом. А потому не могут претендовать на роль новооткрытой частицы. И тем не менее, новооткрытая частица значительно ближе к нейтрино, чем может показаться на первый взгляд. Дело в том, что, в отличие от лептонных нейтрино она несет не лептонный, а барионный заряд! Строгий расчет на основе обычных принципов симметрии и законов сохранения наглядно демонстрирует, что такая частица при сравнительно низкой скорости (что естественно при общей массивности) может провзаимодействовать с любым барионом вселенной. Но только таким образом, что результатом этой реакции окажется лишь она сама и тот же самый барион! А раз так, то общее сечение подобного взаимодействия окажется близким к нулю. Иначе говоря, это почти не взаимодействующая с обычным веществом частица. Как же ее можно обнаружить? «Очень просто! – заявляет Святослав Логинов. – Эта частица, практически не рассеиваясь на нейтронах и протонах, из которых состоят ядра всех атомов, способна, однако же, вызывать кратковременные флуктуации в энергетическое распределении кварков, входящих уже в их состав. А потому должна влиять как на скорость ядерного распада, так и термоядерного синтеза. Вхождение Солнечной Системы в область скопления темной материи с одной стороны, должно приводить к изменению периода полураспада тяжелых элементов. С другой – увеличивать интенсивность термоядерных реакций на Солнце. В результате чего у нас есть сразу два детектора темной материи: уран, плутоний, любые иные, участвующие в ядерном распаде частицы здесь. И солнечные вспышки на нашей дневной звезде! Остается только произвести прямые наблюдения…»

К этим выводам физик пришел еще в прошлые годы и размышлял лишь над методикой эксперимента. И можно представить всю степень его удивления, когда он обнаружил, что эти наблюдения уже были проведены ранее группой американских ученых под руководством Эфраима Фишбаха! Более того, была установлена прямая корреляция между вспышками на Солнце и изменением интенсивности ядерного распада… Ошибочной была лишь интерпретация результата: в прежних наблюдениях было сделано заключение о том, что на скорость радиоактивного распада влияет поток обычных, лептонных нейтрино, интенсивно излучаемых Солнцем во время вспышек. «Ну как можно было поверить в такую глупость, - ухмыляется теперь Святослав Логинов. – Автору наблюдения сразу следовало учесть, что зачастую флуктуации скорости радиоактивного распада начинаются еще до того, как происходит нейтринный выброс, а это напрямую указывает на внешнюю причину обоих явлений».

В заключение необходимо отметить, что это, несомненно, яркое открытие проливает свет и на давний вопрос о природе барионной асимметрии во вселенной, а именно, почему частиц в ней значительно больше, чем античастиц. «Не вопрос! – комментирует ученый. – В момент Большого Взрыва барионные нейтрино точно так же скомпенсировали избыточный барионный заряд протонов и нейтронов, как обычные нейтрино – лептонный заряд электронов. Это элементы более глубокой симметрии, которая естественным способом вытекает из Стандартной Модели».

Подготовлено по материалам 68-го традиционного апрельского семинара кафедры ядерной физики физического факультета СПбГУ

http://vyacheslavr.livejournal.com/6195.html