פיזיקאים המציאו מודל חדש שלדבריהם פותר חמש מהשאלות הגדולות ביותר ללא מענה בפיזיקה המודרנית, ומסביר את המוזרות של,תנודות, בריוגנזה, אינפלציה קוסמית ובעיית ה-CP החזקה בבת אחת.
הדגם החדש,נקרא SMASH, מציע שאנחנו צריכים רק שישה חלקיקים חדשים כדי ליישב את כל הפערים האלה ב-של פיזיקה, והצוות שמאחוריו אומר שזה לא יהיה כל כך קשה לבדוק.
המודל פותח על ידי צוות של פיזיקאים צרפתים וגרמנים, ולדבריהם הוא אינו מצריך שינויים גדולים בדגם הסטנדרטי - רק כמה תוספות חדשות.
זה עוד ימים מוקדמים, אבל זו הצעה די מגניבה, כי דגמים אחרים שנועדו להסביר את מסתורי מכניקת הקוונטים -כמו סופר סימטריה- דורשים תוספת של מאות חלקיקים חדשים שמעולם לא ראינו אפילו עקבות שלהם.
SMASH, לעומת זאת, דורש רק שישה: שלושה, א, ושדה הכולל שני חלקיקים. (בפיסיקה, שדה הוא ישות פיזיקלית או מתמטית שיש לה ערך לכל נקודה במרחב ובזמן. חלקיק הוא מצב נרגש של שדה).
כדי לתת לכם מושג מה הן חמש הבעיות היסודיות הללו, נעבור על כולן, החל בחומר אפל.
1. חומר אפל
יש עכשיוראיות מוחצותש-26-27 אחוז מהיקום מורכב מסוג לא מזוהה של חומר. למרות שאנו יכולים לזהות את כוח הכבידה שלו, נראה שהחומר הלא ידוע הזה אינו פולט כל צורה של אור או קרינה שאנו יכולים לצפות בהם.
למרות שנים של חיפושים, עדיין אין לנו מושג ממה בעצם מורכב החומר האפל, אבל אנחנו כן יודעים שנוכחותו חיונית ליציבות היקום.
2. תנודות ניוטרינו
אֶשׁתָקַד,פרס נובל לפיזיקה הוענק לשני פיזיקאים שהוכיחו שניטרינו יכולים לנוע בין "טעמים".
תנודת ניוטרינו היא תופעה מכאנית קוונטית שבה ניטרינו שנוצר עם טעם לפטון ספציפי (כגון אלקטרון, מיאון או טאו) יכול להיות בעל טעם שונה בהמשך.
מכיוון שרק חלקיקים בעלי מסה יכולים להחליף טעמים - או להתנודד - לניטרינו חייבת להיות מסה, וזה מהווה בעיה עבור המודל הסטנדרטי, כי אף אחד לא יודע היכן מסת הניטרינובעצם מגיע מ.
זה יכול לבוא מה, אבל זה יכול גם להגיע מחלקיק חדש לגמרי שטרם גילינו.
3. בריוגנזה
זֶהבעיה מרכזית בלתי פתורה בפיזיקהניתן לסכם די פשוט: מדוע ביקום הנצפה יש יותר חומר מאשר?
על פי הדגם הסטנדרטי, ההיו מייצרים כמויות שוות של חומר ואנטי-חומר, ומכיוון שהם מחסלים זה את זה במגע, זה היה צריך להוביל ליקום ללא חלקיקים -רק קרינה.
ברור שהעובדה שיש הרבה חלקיקים ביקום פירושה שמשהו לא בסדר בתרחיש הזה, כי איך יכול להיות שיש כל כך הרבה חומר ביקום עכשיו, אבל כמעט אין אנטי-חומר?
4. אינפלציה קוסמית
נהוג לחשוב שבתוך שבריר שנייה לאחר המפץ הגדול, היקום עבר תקופה של התפשטות מואצת הנקראתאִינפלַצִיָה.
בעוד שרוב הפיזיקאים מקבלים את המציאות של אינפלציה קוסמית, אף אחד לא הצליח להבין את המנגנון המדויק שאחראי להרחבת היקום מהר יותר ממהירות האור, עובר מגודל תת-אטומי לגודל כדור גולףכמעט באופן מיידי.
תחום היפותטי הוצע כגורם העיקרי לאינפלציה, הנקרא אינפלטון, אבל אנחנו עדיין לא ממש מזהים אותו.
5. בעיית ה-CP החזקה
מתואר בתור א"פגם חמור של הדגם הסטנדרטי", הבעיית CP חזקהעוזר להסביר מדוע יש יותר חומר מאנטי-חומר ביקום, אבל מביא איתו תעלומות בלתי פתורות משלו.
זה סיפור ארוך במיוחד, אבל בקצרה, בעיית ה-CP החזקה מתארת איךהפרת CP- שבר בסימטריה הבסיסית של היקום - אינו מתרחש בכרומודינמיקה קוונטית(QCD), המתייחס לאינטראקציות בין קווארקים וגלואונים. ואף אחד לא הצליח להבין למה.
עד עכשיו, אולי, אם הדגם החדש יתברר כנכון.
הפתרון?
מודל SMASH מתבסס על מודל שהוצע על ידי הפיזיקאי מיכאיל שפושניקוב מהמכון הטכנולוגי הפדרלי השוויצרי בלוזאןעוד ב-2005, הנקרא המודל הסטנדרטי המינימלי של ניטרינו (או νMSM).
אז, הוצע כי הרחבת המודל הסטנדרטי על ידי שלושה נייטרינו ימניים בעלי מסות מסוימות יכולה להסביר בו-זמנית את אסימטריית החומר האפל והבריון של היקום, תוך שהיא גם עקבית עם הניסויים על תנודות נייטרינו.
כעת, הצוות בראשות הפיזיקאי הצרפתי גיירמו באלסטרוס מאוניברסיטת פריז-סקלי אומר שאנו יכולים להוסיף את שלושת הניטרינו הימניים הללו לשלושת הניטרינו הקיימים במודל הסטנדרטי, בתוספת חלקיק תת-אטומי הנקרא פרמיון טריפלט צבעוני, כדי לפתור את ארבע הבעיות הראשונות המפורטות למעלה.
נראה כי הוספת שדה חדש, לא מזוהה, מטפלת בבעיה החמישית,כפי שאנון הול מסבירהמדען חדש:
"SMASH מוסיף שדה חדש כדי להסביר חלק מהבעיות האלה קצת אחרת. שדה זה כולל שני חלקיקים: האקסיון, מועמד סוס אפל לחומר אפל, והאינפלטון, החלקיק מאחורי האינפלציה.
בתור פריחה אחרונה, SMASH משתמש בשטח כדי להציג את הפתרון לחידה חמישית: בעיית ה-CP החזקה".
הצוות אומר שהעובדה שניתן לבדוק את ההשערה שלהם באמצעות הדור הבא של מאיצי החלקיקים פירושה שהיא לא מחוץ לתחום האפשרויות, וזה הופך אותה למשכנעת יותר מפתרונות אחרים לבעיות הללו שהוצעו בעבר.
"הדבר הטוב ביותר בתיאוריה הוא שניתן לבדוק אותה או לבדוק אותה במהלך 10 השנים הבאות לערך", אחד מהצוות, אנדראס רינגוולד מסינכרוטרון האלקטרונים הגרמני,אמר הול.
"תמיד אפשר להמציא תיאוריות חדשות, אבל אם ניתן יהיה לבדוק אותן רק בעוד 100 שנה, או לעולם לא, אז זה לא מדע אמיתי אלא מטא-מדע".
יש לציין שמודל SMASH טרם פורסם בכתב עת שנבדק על ידי עמיתים, כך שהוא עדיין צריך לעבור בדיקה מדוקדקת של עולם הפיזיקה של החלקיקים, אך כעת הוא עולהאתר טרום הדפסה arXiv.org, כך שלפיזיקאים עצמאיים יש הזדמנות לעשות בדיוק את זה.
זה כנראה לא יהיה בסופו של דבר הפתרון הסופי ל'חמש השאלות הגדולות' - פיזיקה היא אף פעם לא כל כך נקייה - אבל זה יכול להיות התחלה של משהו מדהים.
כמו שרינגוולד אומר, "הקרב פתוח."
