Вселената се състои от материя. Всичко, което ни заобикаля е материя. И това е странно. Въпросът е, защо макар и да е странно, е реалност?
Теоретично, би следвало да има и големи количества антиматерия. Антиматерията и материята всъщност са еднакви, като се различават само по това, че са с противоположни заряди. Но в познатата ни част от Вселената – включително галактиките и звездите – едва ли може да бъде открита и частица антиматерия.
Професор Йенс Олаф Андерсен от Норвежкия университет за наука и технологии (NTNU) обобщава нещата така: „Съществуваме тук и сега, защото във Вселената има повече материя, отколкото антиматерия. Този невъобразимо голям по мащабите си дисбаланс между материя и антиматерия е причината да ни има – вас, мен, дърветата наоколо и дори шоколадовите торти. Проблемът е, че не сме наясно защо това е така“.
За да разбере и обясни какви са връзките в реалния свят, физиката използва Стандартния модел. Това е теория, която описва всички частици, които са ни известни. А те включват кварки, електрони, бозонът на Хигс и как тези частици си взаимодействат. Стандартният модел обаче не е в състояние да обясни факта, че всемирът се състои почти изключително от материя. Следователно, трябва да има и още нещо, което не разбираме или ни убягва за момента.
Когато материя и антиматерия се срещнат, резултатът е само светлина и нищо друго. При равни количества материя и антиматерия, след като приключи реакцията между тях, няма да остане нищо. Докато не сме в състояние да обясним, защо съществува повече материя, не можем да разберем също и защо съществуват градивните елементи на каквото и да е друго нещо.
„Това е един от най-големите, фундаментални проблеми във физиката, който си остава неразрешен“, обяснява Андерсен.
Става дума за т.нар. „барион-асиметричен“ проблем: защо има повече от единия тип частици, отколкото от другия. Барионите са субатомни частици, като най-известни от тях са протоните и неутроните. На всеки барион съответства антибарион, но те са загадъчно редки.
Стандартният модел на физиката обяснява няколко аспекта на силите в природата. Чрез него се обяснява как атомите се обединяват в молекули, както и начина, по който частиците формират самите атоми. „Стандартният модел включва всички частици, които са ни известни. Най-новото попълнение сред тези частици е бозонът на Хигс, който беше открит през 2012 година в CERN, пояснява Андерсен.
С откриването на тази частица едно важно „бяло поле“ в познанията ни беше запълнено. Но има и още полета в целия пъзел, които търсят своите „парчета“.
Стандартният модел работи перфектно и обяснява почти всичко, което е около нас. И затова е още по-досадно, когато нещо не му пасва. Барионната асиметрия спада към тези непасващи неща.
Все пак, физиците имат своите теории, защо има повече материя и защо – както е очевидно – съществуваме и ние. „Една от теориите е, че всичко е така още от Големия взрив“, казва Андерсен.
С други думи, дисбалансът между материя и антиматерия е основна предпоставка, която повече или по-малко съществува от самото начало на всичко.
Кварките са сред най-малките градивни елементи в природата. Преобладаващият в ранните моменти от съществуването на Вселената излишък от кварки спрямо антикварките се е разпространил и при образуването на по-големите частици.
Андерсен обаче не е доволен от това обяснение: „Все още не можем да се задоволим с тази идея, защото тя не ни казва много“.
Логично следва въпросът, защо от самото начало нещата стоят по този начин? Защо кварките изначално са повече от антикварките?
„По принцип в Стандартния модел е допустимо и възможно да се генерира асиметрия, т.е. разлика между количествата материя и антиматерия. Но в този случай се сблъскваме с два проблема“, обяснява Андерсен.
Първият е, че трябва да намерим начин, който да ни пресъздаде условията много назад във времето, непосредствено след момента на Големия взрив, с който започва всичко. Говорим за периода от около 10 пикосекунди до 10-11 секунди след Големия взрив.
И вторият – температурата в този отрязък от време трябва да достигнат до около 1 трилион градуса по Келвин (т.е. 10^15 градуса). Това е много горещо; само го сравнете с температурата на повърхността на Слънцето, която е едва 5700 градуса. Очевидно нещата не пасват.
„Това няма да свърши работа. В Стандартния модел просто липсва материя. Проблемът е, че скокът в очакваните нива на полето на Хигс е твърде малък“, обяснява Андерсен за онези, които разполагат с минимални познания по физика. Останалите просто ще трябва да се задоволим с разбирането, че все още не знаем всичко. Говорим за неща „отвъд Стандартния модел на физиката“, т.е. за онова, което не знаем.
„Вероятно не само въображението е онова, което ни налага ограничения, а съществуват и много различни възможности“, добавя Андерсен. Тези възможности, следователно, трябва да пасват към Стандартния модел. „Онова, което всъщност търсим е разширяване на модела. Нещо, което да се вписва в него“, казва Андерсен.
Нито той, нито другите физици се съмняват в правилността на Стандартния модел. Той непрекъснато се подлага на тестове в CERN и в други ускорители на елементарни частици. Просто моделът все още е непълен.
Андерсен и колегите му изследват различни възможности, които да позволят дисбаланса между материя и антиматерия да се впише в Стандартния модел. Последните резултати от тези търсения са публикувани в статия за Physical Review Letters.
„Всъщност, говорим за фазовите преходи“, пояснява Андерсен. Нещо се трансформира от едно нещо в друго нещо. Като, например, водата, която при различни условия се превръща в пара или лед. Или може би материята е резултат от електрослаб фазов преход (EWPT) и веднага след Големия взрив се е формирал излишък от бариони. Просто едно „може би“.
Електрослабият фазов преход се осъществя чрез образуването на мехурчета. Новата фаза се разширява, подобно на водните мехурчета, и обхваща цялата Вселена.
Андерсен и колегите му тестват т.нар. „двоен Хигс дублет“ модел (2HDM), едно от най-простите разширения за Стандартния модел. Те търсят вероятните области, където са налице условията, за да се създава материя. „Съществуват няколко сценария, които водят до създаването на барионната асиметрия. Ние изучаваме електрослабия фазов преход, като използваме 2HDM модела. Този фазов преход се е осъществил в ранните моменти от съществуването на Вселената“, обяснява Андерсен.
Може образно да сравните този процес с начина, по който кипва водата. Когато температурата достигне 100 градуса по Целзий се образуват газови мехурчета, които се издигат нагоре. Всеки е виждал това. Тези газови мехурчета съдържат водна пара, която представлява газовата фаза на водата, която „нормално“ е в течната си фаза.
„В ранните моменти от съществуването на Вселената, когато се осъществя фазовия преход от „газова фаза“ към „течна фаза“, в процес, при който Вселената се разширява и охлажда, се оказва, че можем да се сдобием с излишък от кварки, спрямо антикварките. Иначе казано, генерира се барионна асиметрия“, казва Андерсен.
И разбира се, не на последно място, всичко това изследователите обясняват с помощта на много математика.
За да може Стандартния модел и разширенията му да си пасват, параметрите им, т.е. цифровите им стойности, трябва така да се пригодят, че и двата модела да са едновременно верни и правилни. Казано по-просто, работата опира до това, да се открият тези параметри.
В статията за Physical Review Letters, Андерсен и колегите му са описали границите на математичната област, където може да се опише възникването на материята и в същото време и двата модела да са валидни. С това учените са стеснили кръга от възможни сценарии.
„За да може новият модел (2HDM) да сработи с онова, което вече ни е известно от работата на CERN, например, параметрите в модела не може да са просто някакви си. От друга страна, за да може да се генерира достатъчна барионна асиметрия, същите параметри трябва да са със стойности в определен диапазон. Затова се опитваме да определим този диапазон, в който параметрите работят правилно. Но все още сме далеч от крайния резултат“, казва Андерсен.
И все пак, разработката на Андерсен и екипа му е още една стъпка напред по пътя към разбирането, защо съществуваме ние и всичко друго във Вселената.
-----------
За още новини харесайте страницата ни във Facebook>>>
0 коментара:
Публикуване на коментар