Ученые предложили новую частицу в качестве портала в 5-е измерение

Разгадка вопроса темной материи и других фундаментальных загадок может заключаться в искаженном дополнительном измерении, согласно новому исследованию, которое предлагает новую теорию Вселенной.

Об этом рассказывает издание VICE.

Ученые хотят найти гипотетическую частицу, которая может действовать как портал в искаженное пятое измерение, выступая посредником межу космическими царствами света и темноты.

Извинительно было бы считать вам, что предложение является синопсисом научной фантастики, но на самом деле это впечатляющий результат недавнего исследования, которое стремится осветить некоторые наиболее стойкие загадки в науке.

Существование этой спекулятивной частицы могло бы "предоставить естественное объяснение" избыточному количеству темной материи — неопознанной материи, которая составляет большую часть массы Вселенной, и решить неразвязанные проблемы с субатомными частицами, известными как фермионы, согласно новому исследованию, опубликованному в прошлом месяце в журнале "The European Physical Journal C".

Исследование добавляет, что объяснить эти фундаментальные тайны может "наличие новой физики", представив модель Вселенной с пятым измерением, в которое могут пройти частицы.

Авторами исследования были Хавьер Кастеллано и Маттиас Нойберт, физики-теоретики из Кластера совершенства PRISMA+ при Университете Иоганнеса Гутенберга в Майнце (Германия), и Адриан Кармона, сотрудник программы Athenea3i на кафедре теоретической физики и космоса в Университете Гранады (Испания).

"Мы работаем над подобной темой уже достаточно давно", - заявила команда в электронном письме. "Наша начальная мотивация заключалась в том, чтобы объяснить возможное происхождение масс фермионов в теориях с искривленным дополнительным измерением".

"Мы знали, что массы этих составляющих имели некоторые особые черты, которые требовали объяснений", - сказали они.

Исследователи действовали в древней научной традиции, которая ставит под сомнение вопрос, действительно ли четыре измерения, которые может осознать человек — трехмерное пространство и время — это все, что может предложить Вселенная. В результате этого направления исследований были получены уравнения 5-мерного поля, выражающие последствия, которые дополнительное измерение может иметь на Вселенную и саму реальность.

Исследуя эти уравнения относительно масс фермионов, команда определила существование нового скалярного поля, связанного со спекулятивной частью, которая примерно похожа на поле Хиггса, связанное со знаменитой частицей — бозоном Хиггса.

"Мы обнаружили, что новое скалярное поле имело интересное, нетривиальное поведение в дополнительном измерении", - объясняет команда. "Поскольку эта новая частица имеет очень схожие квантовые свойства как у бозона Хиггса, было вполне естественно предположить, что две частицы должны смешиваться между собой, а это значит, что их квантово-механические волновые функции переплетаются".

"Изучение этого смешивания было одной из начальных мотиваций этой работы", - добавили исследователи.

Исследуя эту гипотезу, физики поняли, что тяжелая частица может предложить "уникальное окно" в темной материи, поскольку она сможет опосредовать новую силу, соединяющую темную материю и ее более привычный видимый аналог, который принимает форму звезды, или планеты и всего остального , что мы можем обнаружить с помощью традиционной, световой астрономии.

"Если эта тяжелая частица существует, она обязательно соединила бы видимую материю, которую мы знаем и которую мы подробно изучили, с составляющими темной материи, предполагая, что темная материя состоит из фундаментальных фермионов, обитающих в дополнительном измерении", - объяснили физики.

"Это не надуманная идея, поскольку мы знаем, что обычная материя состоит из фермионов и, если это дополнительное измерение существует, они, скорее всего, распространяются в него", - отметили они.

Модели с гипотетической частицей не противоречили реальным наблюдательным данным о избыточном количестве темной материи во Вселенной. Это общее согласование с эмпирическими доказательствами, рядом с огромной математической работой в исследовании, показывает, что частица может быть "возможным новым посланником в темный сектор", сказали исследователи.

"Поэтому подтверждение существования такой новой скалярной частицы откроет увлекательный путь к возможному открытию темной материи", - сказала команда. "Это даст нам особенно полезную информацию о возможном диапазоне масс темной материи и ее взаимодействии с частицами, которые мы знаем сегодня".

Теперь, когда ученые зацепку в виде этой гипотетической частицы и ее 5-го измерения, они фактически должны искать ее. В конце концов бозон Хиггса был замечен в Большом адронном коллайдере (LHC) в Швейцарии в 2012 году - достижение, которое принесло Нобелевскую премию по физике. Однако LHC не будет пригоден для поиска частиц, предложенных в новом документе, поскольку она будет слишком тяжелой для образования на любой текущей установке.

Хотя эта частица может быть обнаружена в новом поколении предложенных коллайдеров, таких как Международный линейный коллайдер, Компактный линейный коллайдер и Круговой коллайдер будущего, исследователи заявили, что "из-за большой массы, перспективы такого прямого открытия кажутся очень сложными даже при высоких энергиях, которые обсуждаются для таких машин (100 ТэВ)".

Тем не менее, исследователи считают, что частица может быть обнаружена более опосредованно, например, с помощью наблюдения гравитационных волн, которые представляют собой рябь в пространстве-времени.

"Еще одной возможностью, которую мы еще не исследовали, является то, что эта новая частица может сыграть важную роль в космологической истории Вселенной и может создать гравитационные волны, которые можно искать с помощью будущих детекторов гравитационных волн", - добавили исследователи.

Будущие исследования темной материи также могут помочь ограничить шансы на существование частицы, поэтому команда оптимистично оценивает, что их 5-мерная концепция будет развиваться наряду с достижениями в физике элементарных частиц и космологии. Кроме последствий для понимания темной материи, эта частица, если она существует, может пролить свет на давние научные дилеммы, такие как загадка о ароматах, или проблема калибровочной иерархии, одновременно открывая новое окно в раннюю Вселенную.

"Можно было бы изучить потенциальную роль, которую играет новая скалярная частица в стабилизации дополнительного измерения", - сказала команда. "Это также может в конце концов привести к интересной космологической истории Вселенной и может привести к [вопросу] образования гравитационных волн. Это интересное направление исследований, которому мы планируем следовать в ближайшие месяцы".

"Можно попробовать найти новые способы зондирования этой частицы на предстоящих адронного коллайдерах", - заключают исследователи. "Как видите, есть действительно много вещей, над которыми можно подумать!"