Европейским физикам не хватает энергий для разгадки тайны мироздания

Эмуляция опытов по столкновению частиц на Компактном мюонном соленоиде (CMS). Иллюстрация Physorg

Всего какие-то 10,5 тыс. лет, если судить по данным радиоуглеродного анализа, люди соорудили на склоне холма Гобекли – «пупа Земли» – уникальный комплекс для наблюдения за небом. Он представлен плоскими каменными колоннами Т-образной формы, на поверхности которых древние «астрономы» вырезали фигурки различных животных и птиц. На колонне № 43 изображен раскинувший крылья гриф, парящий кругами в небе.

Считается, что название Веги произошло от арабского waqi со значением «падающий», подобно стервятнику на добычу. Вега – самая яркая в расположенном в 25 световых годах от Солнца созвездии Лиры, ходящем кругами вокруг небесного полюса. Расчеты показали, что 10,5 тыс. лет назад Вега всходила после зимнего солнцестояния, как раз над «столпом 43».

На небесных картах рядом с Лирой располагаются созвездия Лебедя и Геркулеса, а снизу – Лисички. Небольшая Северная Корона (Corona Borealis) отделяет созвездие Геркулеса от Волопаса, держащего в одной руке дубину, а в другой – поводки преследующих Большую Медведицу Гончих Псов – большего Астериона и меньшей Чары (Chara). Под Чарой развеваются пышные Власы Вероники, названные в честь жены Птолемея V Эпифана, которого помнят за его указ, высеченный в трех вариантах на розеттском камне, найденном солдатами Наполеона.

Подобным камнем, позволившим узнать тайну иероглифов, можно считать черную дыру, располагающуюся за Власами Вероники на расстоянии миллиарда световых лет. Дыру «увидел» рентгеновский телескоп ХММ-Ньютон, который наблюдал за ярко светящим квазаром PG.

Квазарами называют псевдозвезды, которые светят за счет разогретых до гигантских температур слоистых облаков газа, а не за счет термоядерной реакции в недрах самих звезд. Газ и пыль собираются вокруг черных дыр, или активных галактических ядер, присутствующих в центре большинства галактик. Дыра в бинарных системах может также захватывать своим гравитационным полем вещество звезды-компаньонки, в результате чего возникает «собирательный», или аккреционный, диск, который в последние годы стали представлять в виде объемного 3D-тора, или бублика.

Анализируя рентгеновские спектры PG, полученные с помощью ХММ-Ньютона, астрономы Лестерского университета пришли к выводу, что образование вокруг сверхмассивной дыры массой около 40 млн солнечных, имеет более сложное строение. Выяснилось, в частности, что на горизонт событий, за пределы которого не вырываются никакие излучения, вещество падает чуть ли не сверху, и скорость этого падения достигает 100 тыс. км/сек, то есть трети от световой! Тем самым, как считают ученые, они впервые «увидели» релятивистское падение материи на черную дыру. О чем и было сообщено в журнале Monthly Notices of Royal Astronomical Society.

Падение вещества на черную дыру (красные стрелки). Иллюстрация Physorg

Нам, на Земле, никогда не удастся достигнуть масштаба энергетических катаклизмов, бушующих в недрах Вселенной. Поэтому даже на самом мощном адронном коллайдере (БАК – LHC), в котором сталкиваются пучки водородных ядер (протонов), никак не удается доказать или опровергнуть истинность стандартной модели. В популярном пересказе она говорит о том, что атомы имеют ядра, вокруг которых «вращаются» электроны.

Более двух тысячелетий философы убеждали своих слушателей, что атомы далее неделимы, однако ХХ век доказал, что они были неправы. Нильс Бор в пику Эйнштейну постулировал квантовые скачки электронов, а его ученик, наш выдающийся соотечественник, ставший американским гражданином, Георгий Гамов, – туннельный эффект, благодаря которому электрон может «вылетать» из ядра (бета-распад). Ричард Фейнман, заложивший основы квантовой электродинамики, познакомил мир со своей диаграммой, описывающей этот самый распад. В результате этого нейтрон превращается в протон, испуская «ядерный» электрон и электронное антинейтрино.

К моменту создания диаграммы физики уже знали о существовании бозонов, и в частности Weak-бозона, через участие которого и осуществляется слабое – weak – взаимодействие, не способное удержать электрон в ядре. Но есть еще и открытый с помощью БАК бозон Хиггса, придающий всему существующему массу, свидетельствуя о сильном взаимодействии, удерживающем в протонах и нейтронах кварки, которые с нашими слабыми «мускулами» нельзя выделить в свободном виде.

Но ведь существовала сразу после инфляции, последовавшей за Большим взрывом, кварк-глюонная плазма (глюоны от glue – «клей»), из которой только после дальнейшего охлаждения возникли составляющие атомных ядер, нуклоны. Таким образом, бета-распад является как бы мостиком между слабым и сильным взаимодействиями, игра которых и порождает чрезвычайно мощный поток как бы безмассовых нейтрино, лишь изредка взаимодействующих с веществом.

Стандартная модель постулирует, что легкие лептоны, к которым относятся электроны, «промежуточные» мезоны и нейтрино, в отличие от «тяжелых» барионов, и кварки генерируют два семейства пар. По этой причине стало возможным говорить о лептокварках. Первое свидетельство существования лептокварков получено к середине сентября 2018 года на Компактном мюонном соленоиде (CMS LHC), о чем сообщили исследователи, работающие в Европейском центре ядерных исследований в Женеве (ЦЕРН). Ученые подчеркивают, что третье поколение лептокварков генерировать пока не удалось, поскольку требуется энергия около 900 ГэВ (Гигаэлектрон-вольт), которая раз в пять больше энергии топ-кварка – на сегодня самой тяжелой частицы.

Не оставляют физики надежд и на продолжение строительства, в три раза более мощного, чем БАК кольцевидного ускорителя за океаном.