24 октября в Центральном Доме журналиста прошла очередная постановка ProScience Театра. С темой «Загадки физики микромира» выступил Дмитрий Казаков – известный физик, доктор физико-математических наук, профессор, сотрудник Объединенного института ядерных исследований. Вечер вел журналист Никита Белоголовцев.
О том, как это было — фоторепортаж Наташи Четвериковой.
Под микромиром в физике подразумевается мир внутри атома. В последние десятилетия главным источником знания для физиков стали опыты по столкновению частиц.
Ученые пытаются создать Теорию Великого объединения, которая будет включать все виды фундаментальных взаимодействий. Возможной экспериментальной проверкой предложенных вариантов теории может стать обнаружение распада протона, который предсказывают теоретики.
В природе существует четыре типа фундаментальных взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое.
Электромагнитное взаимодействие – это взаимодействие между частицами, имеющими электрический заряд. Гравитационное взаимодействие – взаимодействие между массами. Ему посвящена общая теория относительности Эйнштейна. Сильное (ядерное) взаимодействие удерживает протоны и нейтроны в ядрах атомов. Слабое взаимодействие тоже происходит в атомном ядре, оно действует на более коротких расстояниях, чем сильное, и с меньшей интенсивностью.
На сегодняшний день в рамках Стандартной модели объединены три взаимодействия: электромагнитное, сильное и слабое взаимодействия.
Согласно Стандартной модели все вещество состоит из 12 частиц: шести лептонов (электрон, мюон, тау-лептон и три нейтрино) и шести кварков. Еще есть 12 античастиц. Все три взаимодействия имеют своих переносчиков – бозоны. Фотон – это бозон электромагнитного взаимодействия. Слабое взаимодействие переносят W- и Z-бозоны, сильное взаимодействие обеспечивают восемь глюонов. Наконец, существует бозон Хиггса, благодаря которому частицы обретают массу. (например, фотон – это бозон электромагнитного взаимодействия). А вот гравитационное взаимодействие пока объединить с остальными не удалось.
Помимо проблемы с гравитацией, Дмитрий Казаков привел примеры других нерешенных задач. Например, почему природе понадобилось три "поколения" элементарных частиц? Для существования мира было бы достаточно всего двух кварков, электрона и электронного нейтрино. Тем не менее существуют еще два аналогичных набора частиц.
Еще одна загадка физики микромира – это антиматерия. Античастицы рождаются вместе с частицами на ускорителях, но мир вокруг нас не содержит антивещества. Возникает вопрос – почему? Ученые сходятся во мнении, что число частиц и античастиц изначально не равнялось друг другу. Они встречались, аннигилировали, при этом из-за неравенства какие-то частицы остались. Можно сказать, что "мы" – то, что осталось.
Ответить на вопрос, что служит источником барионной асимметрии Вселенной, должна теория великого объединения, включающая все взаимодействия. Разные варианты такой теории сейчас предлагают физики-теоретики и проверяют на ускорителях и детекторах физики-экспериментаторы. В частности, такой проверкой будет распад протона, если его удастся зарегистрировать.
Третья загадка физики микромира – это темная материя и то, из чего она состоит. это материя, которая не излучает свет, стабильная и нейтральная частица. Но такой частицы в Стандартной Модели нет!
Есть два основных варианта, из чего состоит темная материя. Первый — это огромные и тяжелые макро-объекты. Вторая версия — это, наоборот, микрообъекты. Все ищут эту частицу, и один из вариантов — это суперсимметрия. В отличие от некоторых других загадок микромира, темная материя точно есть, ее остается только открыть.
Следующая постановка ProScience Театра состоится 21 ноября. О мышлении расскажет кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института проблем передачи информации РАН Александр Панчин.
