Журнал Symmetry Magazine попросил специалистов по физике элементарных частиц назвать вопросы, на которые они больше всего хотели бы получить ответы, пишет Scientific American.
Каким будет конец Вселенной?
Физики до сих пор не могут ответить на этот вопрос. Стив Уимпенни из Калифорнийского университета замечает, что разгадка во многом зависит от темной энергии. Темная энергия ответственна за ускоряющееся расширение Вселенной, но ее происхождение — тайна. Если темная энергия постоянна в течение долгого времени, нас, вероятно, ждет "большое замораживание": Вселенная продолжит расширяться все быстрее, и, в конечном счете, галактики настолько удалятся друг от друга, что нынешняя пустота космоса покажется просто забавной. Если темная энергия возрастает, расширение станет настолько быстрым, что увеличится пространство не только между галактиками, но и между звездами, то есть сами галактики будут разорваны. Этот вариант называется "большим разрывом". Еще один сценарий состоит в том, что темная энергия уменьшится и уже не сможет противодействовать силе тяжести, что заставит Вселенную свернуться ("большое сжатие"). Суть в том, что, как бы ни разворачивались события, мы обречены. До этого еще, впрочем, миллиарды или даже триллионы лет.
Бозон Хиггса не имеет абсолютно никакого смысла. Почему же он существует?
Этот вопрос предложен Ричардом Руисом из Питсбургского университета. За шуточной формой стоит реальная нехватка понимания природы частицы, обнаруженной в прошлом году на Большом адронном коллайдере. Бозон Хиггса объясняет, как все остальные частицы приобретают массу, но в то же время поднимает множество новых вопросов. Например, почему бозон Хиггса взаимодействует со всеми частицами по-разному? Так, t-кварк взаимодействует с ним сильнее, чем электрон, из-за чего масса первого намного выше, чем у второго. Кроме того, бозон Хиггса — первая элементарная частица с нулевым спином. "Перед нами совершенно новая область физики элементарных частиц. Мы понятия не имеем, какова ее природа", — говорит ученый.
Почему Вселенная сбалансирована таким образом, что жизнь может существовать?
Галактики, звезды, планеты, люди возможны только во Вселенной, которая первое время расширялась со строго определенной скоростью. За расширение отвечает центробежное давление темной энергии, которое противостоит направленной внутрь силе тяготения, определяемой массой Вселенной, основную долю коей составляет нечто невидимое, названное темной материей. Если бы соотношение этих сил было иным, то пространство расширялось бы слишком быстро, и ни галактики, ни звезды просто не смогли бы образоваться. Если бы темная энергия давила чуть слабее, Вселенная вновь свернулась бы. Так почему же, спрашивает Эрик Рамберг из Национальной ускорительной лаборатории, они настолько хорошо уравновешены, что возникла та Вселенная, в которой мы живем?
Откуда берутся астрофизические нейтрино?
Теория предсказывает, что чрезвычайно высокоэнергетические нейтрино порождаются столкновениями быстрых заряженных частиц (космических лучей) с частицами света (фотонами) в космическом микроволновом фоновом излучении, которым пронизана вся Вселенная. Но что приводит этот процесс в движение и как космические лучи ускоряются — неизвестно. Ведущая гипотеза, у которой нет никаких доказательств, состоит в том, что начало космическим лучам дает вещество, попадающее в голодные сверхмассивные черные дыры в центрах галактик. Возможно, получившиеся в результате нейтрино летят настолько быстро, что у каждой крошки столько же энергии, сколько в бейсбольном мяче, хотя в последнем миллиарды миллиардов атомов. "Мы ничего не знаем об их природе", — говорит Абигейл Вирегг из Чикагского университета.
Почему случилось так, что Вселенная состоит из материи, а не антиматерии?
Антиматерия — та же материя: она обладает точно такими же свойствами, как вещество, из которого состоят планеты, звезды, галактики. Отличие только одно — заряд. Согласно современным представлениям, в новорожденной Вселенной того и другого было поровну. Вскоре после Большого взрыва материя и антиматерия аннигилировали друг друга. Спрашивается, как так вышло, что некоторое количество материи все-таки осталось? Почему именно материя добилась успеха, а антивещество проиграло "перетягивание каната"? Чтобы объяснить это неравенство, ученые (пока тщетно) ищут примеры нарушения CP-инвариантности, то есть процессов, при которых частицы предпочитают распадаться с образованием материи, но не антиматерии.
