Nowy model wszechświata rozwiązuje 5 fundamentalnych problemów fizyki na raz
Pięć największych obecnie, podstawowych problemów w fizyce zostało uporządkowanych za jednym zamachem. Wszystko dzięki nowemu modelowi kosmologicznemu, który opracował fizyk Guillermo Ballesteros na Uniwersytecie Paris-Saclay we Francji.
Model może wyjaśnić problem ciemnej materii, oscylacji neutrin, bariogenezy (czyli procesu tworzenia się głównych składników materii we wczesnym wszechświecie), kosmologicznej inflacji oraz tzw. silnego problemu CP.
Ochrzczony jako „SMASH”, model bazuje na standardowym modelu cząstek elementarnych, ale nieco go rozwija.
Standardowy model, teoria fizyki cząstek podstawowych, przechodzi pomyślnie każdy test, nie jest w stanie wyjaśnić pewnych zjawisk.
Na przykład, cały czas nie rozumiemy ciemnej materii – tajemniczej substancji, która tworzy aż 84 procent masy Wszechświata. Dlaczego istnieje więcej materii niż antymaterii? Dlaczego wszechświat powstał tak szybko w jego młodym okresie zwanym inflacją? I to oczywiście nie koniec zagadek.
Cały czas więc czegoś nam brakuje w standardowym modelu.
„Przypuszczalnie potrzebujemy nowych cząstek”, mówi Michaił Shaposhnikov ze Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologii w Lozannie. „Pytanie ilu?”
Zderzenie teorii
Niektóre modele, jak np. supersymetria, dodają setki cząstek, które nie zostały wykryte ani zauważone w Wielkim Zderzaczu Hadronów. Tymczasem SMASH dodaje ich do istniejącego modelu tylko sześć: trzy neutrina, jeden fermion i pole, które zawiera dwie cząstki.
„To bardzo rozsądne podejście” mówi Shaposhniko „zacząłbym od założenia, że liczba nowych cząstek jest bardzo niewielka. Potem dodawałbym nowe cząstki, tylko jeśli naprawdę byłyby potrzebne”.
„SMASH to tak naprawdę kilka teorii zbitych razem” mówi współautor pracy Andreas Ringwald z German Electron Synchrotron DESY w Hamburgu. „Opiera się ona na modelu Shaposhnikova z 2005 roku, który dodaje trzy neutrina do trzech już znanych w celu rozwiązania czterech problemów fizyki: ciemnej materii, inflacji, kilku pytań o naturę neutrin, oraz pochodzenia materii”.
SMASH proponuje nowe podejście, aby wyjaśnić niektóre z tych problemów, ale trochę inaczej. Zawiera dwie cząstki: axion, „czarny koń” do roli ciemnej materii, oraz inflaton stojący za inflacją.
SMASH proponuje także rozwiązanie dla piątego elementu układanki: „silnego problemu CP”, który pomaga wyjaśnić, dlaczego istnieje więcej materii niż antymaterii we wszechświecie.
Sprawdzalne przewidywania
„Najlepszą rzeczą w tej teorii jest to, że może ona zostać przetestowana i sprawdzona w ciągu najbliższych 10 lat” mówi Ringwald. „Zawsze można wymyślać nowe teorie, ale jeśli mogą one być badane tylko w przeciągu 100 lat, albo nigdy, to nie jest prawdziwa ale meta-nauka”.
SMASH przewiduje, że axion powinien być około dziesięć miliardów razy lżejszy niż elektron. Tak małe cząstki mogłyby być zbadane w eksperymencie CULTASK prowadzonym w Korei Południowej, Orfeusz w USA czy planowanym dopiero MadMax w Niemczech.
Nie oznacza to, że gra jest więc zakończona. Tak naprawdę teraz dopiero się rozpoczyna. Fizycy nadal będą konkurować, aby znaleźć dowody eksperymentalne lub lepsze modele.
