Jakie odkrycia w fizyce przyniesie nam 2016 rok?

Nadchodzący rok może przynieść odpowiedzi na najgłębsze tajemnice naszej materialnej rzeczywistości.

Kiedy w 2013 roku naukowcy z Cern potwierdzili odkrycie Bozonu Higgsa, cząstki która nadaje innym maskę, fizyka ugrzęzła w zawieszeniu. Bozon był ostatnim brakującym kawałkiem układanki w Modelu Standardowym, wyjaśniającym zachowanie drobnych cząstek.

A jednak kluczowe pytania o wszechświat wciąż pozostaje bez odpowiedzi.

Nowe cząsteczki

Największym oczekiwaniem w świecie fizyki eksperymentalnej są nowinki na temat możliwych nowych cząsteczek, których istnienie może zostać potwierdzone przez eksperymenty w Wielkim Zderzaczu Hadronów.

„Istnieją pewne, bardzo słabe na razie, dowody na istnienie nowej cząsteczki, około 800 razy cięższej od protonu – chcemy sprawdzić, czy sygnały na ten temat będą się potwierdzać, czy raczej zamazywać” skomentował Sean Carroll z California Institute of Technology.

Zobacz: Nowa cząsteczka przypadkiem odkryta przez Wielki Zderzacz Hadronow

Jak do tej pory dowody są zaledwie wstępnymi informacjami, szansa na to, że odebrany sygnał jest wynikiem przypadku, a nie aktywności cząsteczki wynosi 1 do 4. Mimo, iż dla laika rachunek może brzmieć obiecująco, fizycy aby zacząć się nim interesować potrzebują tzw. wyniku „5-sigma”, gdzie prawdopodobieństwo błędu wynosi tylko 1 do 35 milionów.

Jeśli rzeczywiście potwierdzi się, że ta masywna cząstka istnieje we wszechświecie, będzie to prawdziwy przełom, ponieważ do tej pory żadna teoria fizyczna nie przewidywała jej istnienia.

„Jak na razie powstało ponad 70 prac wyjaśniających, czym zarejestrowane zakłócenie może być” komentuje odkrycie Sheldon Stone z Syracuse University.

W nowym roku każdy z dwóch eksperymentów przeprowadzanych w LHC dostarczy 10 razy więcej nowych danych na te temat, aby móc z całą pewnością stwierdzić, czy wynik jest faktycznie nową cząsteczką czy wyłącznie zakłóceniem.

Fale grawitacyjne

Fala grawitacyjna to przemieszczająca się z prędkością światła fala w czasoprzestrzeni, przewidziana przez teorię względności Alberta Einsteina, która postulowana jest jako nośnik promieniowania grawitacyjnego. Teoria zakłada, że tworzące się galaktyki, wybuchające supernowe oraz sam Wielki Wybuch pozostawił ślady we wszechświecie właśnie w formie fal grawitacyjnych.

Jednak wykryć te „zmarszczki” możemy tylko pośrednio, przez specjalne eksperymenty zaprojektowane do ich obserwacji, takie jak Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO). Działający od 2002 roku detektor nie wykrył jak na razie żadnych śladów fal.

Naukowcy zamknęli więc na rok badania, starając się w tym czasie udoskonalić urządzenie i wyposażyć je w bardziej czułe detektory. Finalnie LIGO rozpoczął swoje powtórne działanie we wrześniu ubiegłego roku.

„Zaawansowane detektory LIGO są już gotowe do pracy i mogą być w stanie szybko wykryć coś nowego” Sean Carroll.

Ciemna materia

Nawet do 80 procent wszechświata składa się z tajemniczej materii, która nie emituje ani nie pochłaniania światła, co czyni ją niewidzialną dla teleskopów. Ta, tak zwana ciemna materia, wydaje się oddziaływać grawitacyjne na świetliste obiekty we wszechświecie. Nikt jednak nie wie, czym jest ciemna materia, z czego się składa lub jak działa.

„Nowy rok związany jest z nadziejami na rozwiązanie tej tajemnicy”, mówi Saurya Das, fizyk z University of Lethbridge w Kanadzie.

Wiele urządzeń począwszy od SNOLab w Sudbury Ontario po Gran Sasso w Narodowym Instytucie we Włoszech, pracują obecnie nad wykryciem bezpośrednio ciemnej materii.

Wielu fizyków sądzi, że ciemna materia może składać się z tzw. WIMP-ów czyli „słabo oddziałujących masywnych cząstek”, wpływających na widzialną materię. Umieszczone pod ziemią detektory ciemnej materii używają powierzchni ziemi do absorpcji promieniowania kosmicznego, które mogłoby przesłaniać słabe sygnały świadczące o aktywności ciemnej materii.

Jeśli eksperyment się powiedzie fizycy zobaczyliby ciemną materię jako zbitkę WIMP-ów, odbijających się od jąder atomów w podziemnych detektorach.

I inne

Kolejne z eksperymentów w LHC powinny również przynieść odpowiedzi w kwestii cząstek zbudowanych ze znanych już nam subatomowych cząsteczek np. pentakwarków.

Kolejnym pytaniem jest teoria super symetrii, która zakłada, że dla każdej znanej cząstki powinien istnieć jej partner o przeciwnej wartości. To kwestia, której rozwiązania możemy być blisko w najbliższym roku.

Do tego dochodzi również wiele pytań, które w tym roku mogą zostać dokładniej sprecyzowane.

Czeka nas ciekawy rok i wiele nowych odkryć.