Александр Спирин
Карта реликтового излучения Вселенной по данным исследовательского зонда WMAP. Фото NASA
Речь идет об Аре Раклеве, профессоре университета Осло, который разработал сложнейший математический аппарат для описания неуловимой темной энергии, постулированной еще в 1930-е годы швейцарским физиком Фрицем Цвики. Ученый из Швейцарии пытался объяснить природу открытого к тому времени Эдвином Хабблом «красного смещения» далеких галактик. Для этого Цвики предположил, что существует нехватка материи в наблюдаемом пространстве, из чего следовало наличие темной энергии и материи, наблюдение которых земными телескопами невозможно. Тем не менее именно темные составляющие Вселенной определяют ее расширение, о чем и свидетельствует «красное смещение» длины волн излучения, достигающего глаз астрономов.
Вполне возможно, что нобелевские амбиции не чужды профессору Раклеву, который начинает рассказ о сути своей теории с указания на привычную уже всем картину вселенского «овала». По экватору его идет мощный красный пояс нашего Млечного Пути, в центре которого, как и у большинства галактик, имеется массивная черная дыра. Благодаря огромной массе, температуре и гравитации сверхмассивного образования в его центре создаются условия, которые весьма близки таковым в точке сингулярности перед Большим взрывом. Часть вещества, вовлекаемого во всепожирающую черную дыру, все же вырывается «на свободу» в виде струй-джетов высоких энергий, сопровождаемых гамма-излучением и даже всплесками (GRB – Gamma-Ray Bursts). Это гамма-излучение из черной дыры Млечного Пути тщательно регистрируется космическими зондами и подвергается сложному анализу с применением суперкомпьютеров. Новое направление науки получило название физика астрочастиц (astroparticle physics).
Недавние наблюдения с орбиты позволили предположить, что под действием пронизывающей пространство гравитации темная материя собирается в эдакие «комки». Наличием темной материи стали объяснять наблюдаемую скорость вращения-ротации галактик, но, к сожалению, никто пока не представляет себе природы материи. Непонятно даже, какова масса ее частиц – то ли слишком большая, то ли маленькая. Учитывая последнее, на роль частиц темной материи хорошо подходит всепроникающее нейтрино. Но у них ничтожная масса, поэтому все они составляют лишь ничтожную часть темной материи, да к тому же маленькая скорость (каких-то 400 км/сек).
Вторым краеугольным камнем своей теории Раклев считает суперсимметрию, или «Теорию всего» (ТоЕ – Theory of Everything). Последняя утверждает, что после Большого взрыва мир оказался симметричным по отношению к материи и управляющим ею силам. То есть для каждого электрона или кварка есть их суперсимметричный тяжелый партнер. Именно поэтому у «легкого» гравитино есть тяжелый партнер гравитон, название которого говорит само за себя. Проблема в том, что и гравитона как переносчика силы тяжести, волн которой никак не удается обнаружить, никто пока не видел и не уловил. Но математика тем не менее требует существования обоих частиц с корнем «грави».
Объединение электричества и магнетизма осуществил Джеймс Максвелл, доказавший, что свет представляет собой электромагнитные колебания. Слабое взаимодействие проявляет себя в радиоактивности, а сильное в 10 миллиардов раз мощнее и удерживает вместе кварки в протонах и нейтронах, образуя из них атомные ядра. Сила тяготения самая слабая из всех четырех фундаментальных взаимодействий, и она никак не «желает» объединяться с тремя другими. То есть все же постулирует существование единства, которое откроет путь к наблюдению самых невероятных взаимодействий всех возможных частиц, в том числе и гравитино с его партнером. Но для этого сначала необходимо описать гравитацию как феномен квантовой физики, о чем мечтал Эйнштейн. Если это удастся, то гравитон «поселится» в атомном ядре. Поэтому во многих лабораториях пытаются нащупать признаки суперсимметрии. Открытие гравитона станет существенным шагом в правильном направлении.
Невозможность наблюдения темной материи связана прежде всего с тем, что последняя не вступает в электромагнитные взаимодействия с известными частицами. Отсутствие таких взаимодействий хорошо демонстрируется тем, что миллиарды нейтрино каждую секунду пронизывают тело человека, но прямо уловить их невозможно. Раклев утверждает, что темная материя состоит в основном из гравитино. Непосредственно после Большого взрыва и до начала остывания родившаяся Вселенная представляла собой сверхгорячий «суп», в котором постоянно сталкивались друг с другом глюоны, передающие сильное взаимодействие. Столкновения глюонов порождало многочисленные гравитино. В отличие от коллег Раклев не пытается исключить гравитино из своих моделей, в которых старается объединить суперсимметрию с темной материей из гравитино. Взаимодействие их друг с другом должно порождать другие частицы и гамма-излучение. Вот почему он с таким нетерпением ждет результатов измерений гамма-лучей из черной дыры Млечного Пути.
Параллельно ученый «конструирует» возможные эксперименты, направленные на открытие гравитино. Пока неясно, будут ли это опыты на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе или наблюдения с помощью космических телескопов. Он, кстати, прогнозирует рождение фотонов и антиматерии при столкновениях гравитино, поскольку темной материи в три раза больше, чем обычной. Проблема, однако, в том, что столкновения частиц чрезвычайно редки, если вообще имеют место. Но гравитино могут сами распадаться с выбросом гамма-кванта. Именно эти кванты и пытаются уловить с помощью спутника Fermi, который пока регистрирует лишь космический шум, хотя и весьма подозрительный. Если же он окажется информативным, то это будет солидным подтверждением теории Раклева, который говорит, что не испытает отчаяния и в противном случае. Во-первых, отрицательный результат тоже полезен, а во-вторых, фоновое излучение тоже удалось уловить только на определенном этапе развития космической техники, а о бозоне Хиггса и говорить не приходится.
Дарья Гармоненко