Рентгенівські телескопи та обсерваторії почали пошуки доказів "Теорії всього сущого"

Mar 31 7:00 2020 Друк цієї статті

І нещодавно, космічна рентгенівська обсерваторія Chandra X-ray Observatory провела огляд, в рамках якого були проведені пошуки перших експериментальних доказів універсальної теорії, пошуки однієї гіпотетичної частинки, яка може стати сполучною ланкою, що дозволяє з'єднати всі теорії в одну об'єднану.

Стандартна Модель фізики елементарних частинок досить добре пояснює і описує "роботу Всесвіту" у масштабі атомів, ядер і окремих частинок, але коли масштаб того, що відбувається збільшується до мікро - і макро-масштабу, ця модель буквально розвалюється. Одна з найбільших "дірок" в Стандартній Моделі - це відсутність опису та її прив'язки до силам гравітації.

На іншому кінці ряду фізичних теорій знаходиться Загальна теорія відносності Альберта Ейнштейна, яка відмінно підходить для опису всього, що відбувається на рівнях окремих планет, зоряних систем, галактик і скупчень галактик. На жаль, ця теорія також розвалюється, коли все, що відбувається починає стикатися з дивацтвами і химерними законами квантового світу.

Незважаючи на безліч зусиль в даному напрямку, об'єднання цих двох теорій в одну універсальну струнку теорію, не містить конфліктів, так і не увінчався успіхом за весь час існування цієї проблеми. І це незважаючи на те, що до даної задачі доклали свої зусилля такі найвидатніші уми сучасності, як Ейнштейн і Стівен Хокінг.

У науковому світі існують також альтернативні теорії, найбільш важливою з яких вважається так звана теорія супер-струн. Основою цієї теорії є припущення, що кожна елементарна частинка, про яку ми зараз думаємо, як про нескінченно малої "точці", є насправді "одномірної" струною, товщина якої прагне до нуля. І властивості частинки, такі, як її енергія і маса, визначаються параметрами коливань супер-струни.

Більш того, в науці існує безліч варіацій струнної теорії, одні з цих варіацій більш правдоподібні, інші виглядають зовсім фантастично. Але головною проблемою є те, що на нинішньому рівні розвитку технологій практично неможливо знайти прямі докази всіх цих теорій, і багато вчених просто їх ігнорують, як безглузді в даний час.

Однак, останнім часом все ж почали з'являтися деякі можливості отримання доказів теорії супер-струн. Ця теорія передбачає можливість існування дивних гіпотетичних частинок, званих аксионами, які мають маленьку масу і які можуть перетворюватися в фотони при проходженні через магнітні поля. Більше того, виявлення аксионов може вказати вченим на нові, незвідані поки галузі фізики, за допомогою яких можна буде об'єднати в одне ціле всі існуючі теорії.

Пошуки аксионов були виконані міжнародною групою вчених за допомогою космічної рентгенівської обсерваторії Chandra, об'єктив якої був сфокусований на скупчення Персея, скупченні галактик, що знаходиться на відстані 240 мільйонів світлових років від Землі. Якщо аксіони існують в природі, то їх перетворення в фотони повинно викликати характерні спотворення, укладені в енергії рентгенівських променів, джерелом яких є скупчення Персея.

"Багатьом може здатися дивним, що для пошуку крихітних аксионов використовуються такі гігантські космічні об'єкти, як скупчення галактик. Але насправді, скупчення є ідеальним місцем для таких пошуків" - розповідає Девід Марш (David Marsh), провідний дослідник, - "Практично весь простір цих скупчень пронизане сильними магнітними полями, простирающимися на величезні відстані. І в надрах таких скупчень є достатня кількість яскравих джерел рентгенівського випромінювання. Обидва ці фактори значно підвищують ймовірність виявлення випадків перетворення аксионов в фотони світла, мікрохвильового або рентгенівського випромінювання".

Дослідницька група вивчила набір даних, зібраний обсерваторією Chandra за п'ять днів спостережень. Зокрема, цей телескоп вимірював енергію рентгенівських променів в декількох діапазонах, а джерелом цих променів була величезна чорна діра, розташована майже в самому центрі скупчення. І якщо аксіони існують, то вони, перетворюючись у фотони, повинні вносити спотворення в рентгенівські промені, рівень яких є достатнім для виявлення датчиками обсерваторії Chandra.

На жаль, вченим так і не вдалося знайти навіть слідів шуканих спотворень. Але це ще не є повним запереченням можливості існування аксионов, просто, на думку вчених, ці аксіони можуть мати велику масу і енергії, ніж було прийнято вважати раніше. І це істотно ускладнює і зменшує кількість перетворень цих частинок у фотони.

Відзначимо, що дані дослідження є далеко не єдиним експериментом, спрямованих на пошуки аксионов і не принесли ніяких позитивних результатів. Під час інших експериментів вчені намагалися знайти сліди аксионов у своєрідних електромагнітних коливаннях в хмарах плазми, в коливаннях обертання нейтронів, в магнітних полях, виникають там, де їх бути не повинно, і т. п. І об'єднання всіх результатів цих експериментів дозволять звузити область пошуку, що має полегшити проведення чергових експериментів.

Якщо в майбутньому вченим все ж вдасться знайти аксіони, це допоможе вирішити безліч проблем сучасної фізики. Мало того, що ці частинки стануть доказами теорії супер-струн, вони також є одними з кандидатів на звання частинок темної матерії. Це, в свою чергу, дозволить вченим знайти відповідь ще на одне фундаментальне питання - чому у нинішній Всесвіту кількість звичайної матерії значно перевищує кількість антиматерії, адже під час Великого Вибуху вони утворилися приблизно в рівних кількостях.