Загадочный «сигнал» в данных Большого адронного коллайдера 0:00
В декабре прошлого года научные группы на Большом адронном коллайдере (БАК) сообщили о возможных признаках существования новой элементарной частицы, которая не вписывается в рамки Стандартной модели физики. Если эти данные подтвердятся, это станет первым за долгое время ключом к пониманию фундаментальной физики за пределами текущих теоретических представлений.
Стандартная модель — это своего рода «периодическая таблица» фундаментальных частиц и сил, описывающая все известные строительные блоки материи. Даже открытие бозона Хиггса в 2012 году, несмотря на всю его важность, стало лишь подтверждением последнего предсказанного элемента этой модели.
Что увидели исследователи? 0:51
Для понимания сути открытия стоит вспомнить, как работает БАК — кольцо длиной 27 км на границе Швейцарии и Франции. Магниты разгоняют протоны до скоростей, составляющих 99,999999% от скорости света, и сталкивают их.
- В результате столкновений возникают температуры в несколько триллионов Кельвинов — на краткое мгновение это воспроизводит состояние Вселенной через триллионную долю секунды после Большого взрыва.
- Протоны разрушаются, высвобождая энергию, которая принимает форму новых частиц. Некоторые из них настолько нестабильны, что распадаются на гамма-лучи еще до того, как достигнут детекторов.
- Физики узнают об их существовании по всплескам энергии гамма-излучения, соответствующим массе распавшейся частицы.
Бозон Хиггса был обнаружен именно благодаря небольшому избытку гамма-вспышек при энергии 125 ГэВ. Сейчас ученые зафиксировали новый «горб» (превышение ожидаемого фона) при энергии 750 ГэВ.
Почему физики обеспокоены? 2:24
Когда это превышение заметили впервые, его могли принять за статистическую флуктуацию, но два независимых эксперимента — ATLAS и CMS — зафиксировали один и тот же результат.
Хотя статистическая значимость результата пока низка (около 1,6 сигма для CMS, что далеко от требуемых 5 сигма для признания открытия), научное сообщество проявило колоссальный интерес. К настоящему моменту физики опубликовали более 300 статей с возможными объяснениями «горба»:
- Темная материя: частицы, которые могли бы объяснить эту энергию и саму темную материю.
- Массивный нейтрино: тяжелый «кузен» нейтрино, предсказываемый суперсимметрией.
- Бозон Хиггса-старший: высокоэнергетическая вибрация поля Хиггса.
- Гравитон: гипотетическая частица, передающая гравитационное взаимодействие.
- Композитная частица: комбинация нескольких кварков и антикварков, подобная протону, но значительно более тяжелая.
Верификация результатов откладывается: БАК сейчас проходит модернизацию и возобновит работу в июне. Двухлетняя задержка была связана с необычным инцидентом: ласка перегрызла силовой кабель.
🌍 Разбор вопросов зрителей: ледниковые периоды и климат 5:46
Ведущий канала «PBS Space Time» (автор видео) затронул дискуссию из прошлых эпизодов о ледниковых периодах и циклах Миланковича, которая переросла в спор об изменениях климата.
Солнечная активность против антропогенных факторов
По мнению автора видео, хотя солнечная активность действительно влияет на климат Земли, влияние человечества значительно сильнее. В первой половине XX века активность Солнца увеличила его излучение примерно на 0,1%. Однако:
- Корреляция между солнечной активностью и глобальным потеплением давно нарушена.
- За последние 35 лет солнечная активность снижается, в то время как температура продолжает расти.
Лаг CO2 и предсказательная сила моделей
Зрители задавались вопросом, почему современное потепление не всегда «идет след в след» за уровнем CO2, как в палеоклиматических записях.
- Инерция системы: С 1900 года глобальная температура выросла как минимум на 0,6°C, а вероятнее — ближе к 1°C. Эффект проявляется не сразу, так как он зависит от положительных обратных связей: сокращение ледяного покрова уменьшает альбедо, потепление океанов и таяние вечной мерзлоты высвобождают дополнительный CO2.
- Точность моделей: По мнению автора видео, нет необходимости моделировать каждую деталь с абсолютной точностью, чтобы видеть общую тенденцию. Климатические модели предсказывают устойчивый тренд: рост температуры, усиление засух и изменение климатических зон.
🌌 Математика космоса: темная энергия и расширение 9:00
В завершение выпуска ведущий разобрал «вызов темной энергии». Вопрос заключался в том, сколько раз Вселенная удваивалась в размере с момента, когда темная энергия начала оказывать влияние, и сколько раз удвоится в будущем до тех пор, пока материя не перестанет играть значимую роль.
Ключевые расчеты 9:37
Если использовать «сопутствующий объем» (расширяющуюся вместе с пространством коробку), можно рассчитать долю темной энергии и материи:
- Сейчас темная энергия составляет 70% от общего энергетического содержания, материя — 30%.
- Применив уравнение для отношения масштабных факторов, ученые выяснили: Вселенная составляла 36% от своего нынешнего размера, когда вклад темной энергии составлял 10%.
- Это соответствует примерно 1,5 удвоениям до текущего момента.
- В будущем материя снизится до 10% вклада, когда Вселенная увеличится еще в 1,57 раза (около 0,7 одного удвоения).
В сумме материя и темная энергия активно влияют на расширение на протяжении около двух удвоений масштабного фактора. Временной интервал, когда их влияние сопоставимо (в пределах одного порядка), составляет около 15 миллиардов лет. Ведущий отмечает, что человечество находится в середине этого «узкого логарифмического окна».
