Бозон Хиггса должен был разрушить Вселенную

   Забавно получается, когда две кажущиеся далекими друг от друга теории вступают в тайный сговор для того, чтобы разрушить вселенную.
   Иэн О’Нил (Ian O’Neil)

   © ALICE/CERN
  
   29/06/2014
   Это может показаться слегка преувеличенным, но, если наше понимание физики за пределами недавно открытого бозона Хиггса (или, если быть более точным, поля Хиггса — повсеместного поля, наделяющего все существующее массой), является правильным, то наша Вселенная не должна была бы существовать. То есть, так было бы в том случае, если бы еще одна космологическая теория оказалась верной — гипотеза, которая подвергается в настоящее время интенсивному изучению в свете полученных с помощью телескопа BICEP2 результатов.
   Возможно, вы уже слышали о споре по поводу некого телескопа, расположенного недалеко от Южного полюса. Телескоп BICEP2 был построен с одной целью: обнаруживать специфические типы поляризованного света, излучаемого космической фоновой микроволновой радиацией (cmb). Короче говоря, операторы телескопа BICEP2 объявили (возможно, преждевременно) о том, что они обнаружили поляризацию типа B (B-mode polarization), указывающую на присутствие гравитационных волн. И если встроить эти волны внутрь космической микроволновой фоновой радиации, то тогда одна из ключевых гипотез относительно истоков вселенной может оказаться обоснованной.
   Эта гипотеза получила название «космологической инфляции» (cosmological inflation), и данная модель помогает специалистам по космологии объяснить немало сложных вопросов относительно того, как создавалась вселенная.
   Однако, по данным группы британских космологов, расширение, или инфляция, на самом деле создает серьезные проблемы для космического двигателя (Cosmic engine) — если физическая теория, стоящая за недавно открытым бозоном Хиггса, является основательной, то это означает, что скоротечный инфляционный период, последовавший непосредственно за Большим взрывом около 14 миллиардов лет назад, должен был ввергнуть нашу вселенную в хаос.
   На самом деле ситуация до такой степени вышла бы из-под контроля в первые секунды создания нашей вселенной, что нас вообще не должно было бы здесь быть. Вселенная в таком случае разрушилась бы — не случайно этот процесс назвается «Большое сжатие» (Big Crunch) — и превратилась бы в ничто еще до того, как материя обрела бы возможность сгуститься из изначального энергетического беспорядка, возникшего в результате Большого взрыва.
   В исследовании, представленном сегодня (во вторник) на заседании Национального астрономического съезда Королевского астрономического общества в Портсмуте (Великобритания), Малкольм Фэйрберн (Malcolm Fairbairn) и Роберт Хоган (Robert Hogan) из лондонского Королевского колледжа обсуждали последствия недавних открытий в области ядерной физики и истоки нашей вселенной. Их выводы, судя по всему, будут восприняты с некоторым интересом.
   Проведенные исследования и полученные данные после открытия в 2012 году бозона Хиггса физиками, работавшими на Большом адронном коллайдере, доказали, что этот конкретный бозон на самом деле является бозоном Хиггса, то есть субатомной частицей, выступающей в виде связующего элемента в поле Хиггса. Поле Хиггса, как принято считать, заполняет всю известную вселенную и наделяет материю массой. С момента своего открытия физики очень близко познакомились с бозоном Хиггса, и экспериментальный анализ не только подтвердил его существование, но ученые также детально познакомились с характеристиками самого бозона (а в более широком смысле и с полем, которым он обменивается).
   Однако проблема с полем Хиггса состоит в том, что, имея достаточное количество энергии, оно получает возможность изменить направление космического расширения и создать Большое сжатие (Big Crunch).
   Математические данные, получаемые в случае признания теории поля Хиггса, предполагают, что в настоящий момент вселенная довольно комфортабельно расположилась в «долине» энергетического поля Хиггса. Чтобы выбраться из этой долины и взобраться на примыкающую «гору» (как показано на энергетической диаграмме), потребовалось бы огромное количество энергии внутри самого поля.

Но при наличии достаточного количества энергии для того, чтобы помочь вселенной преодолеть эту гору и переместиться в расположенную по соседству еще более глубокую энергетическую долину, вселенная просто — и катастрофически — разрушилась бы.
   Вот здесь и появляются результаты, полученные с помощью телескопа BICEP2. Если представленные наблюдения реальны, и гравитационные волны в космическом микроволновом фоновом излучении доказывают космологическую инфляцию, то тогда поле Хиггса уже оказывается под воздействием слишком большого количества энергии, которая будет толкать поле Хиггса через энергетическую гору к обрыву на пути к следующей долине! Для любой потенциальной Вселенной это очень плохая новость — новорожденная вселенная представляется как Большой взрыв, поле Хиггса будет перегружено энергетическим инфляционным периодом и все существующее тогда исчезнет в мгновение ока.
   «Это неприемлемое предсказание этой теории, поскольку, если бы это произошло, то некому было бы обсуждать данный вопрос», — отметил Хоган.
   Чрезвычайно интересно познакомиться с тем, как изучение квантового мира влияет на космологическую шкалу, а результат подобных исследований может стать еще одним серьезным ударом для данных, обнаруженных с помощью телескопа BICEP2. Но есть еще один весьма занимательный вывод, который может быть сформулирован в том случае, если полученные с помощью телескопа BICEP2 наблюдения окажутся верными и предоставят столь нужное свидетельство расширения.
   «Если полученные с помощью BICEP2 данные верны, то тогда это говорит нам о том, что должна существовать интересная новая физика элементарных частиц за пределами стандартной модели», — добавил Хоган.
   Экзотическая или «новая» физика в настоящее время отслеживается физиками высоких энергий, работающими на Большом адронном коллайдере и в других организациях по всему миру, и делается это для того, чтобы помочь объяснить некоторые из числа самых больших загадок в науке. Так, например, физики пытаются понять, каким образом гравитация «встраивается» в Стандартную модель (потому что в настоящее время ей не удается это сделать), что такое темная материя и почему вселенная является в большей степени материей, чем антиматерией. Возможно, существуют суперсимметричные частицы в более высоких энергиях, чем мы в настоящее время способны наблюдать, вмешиваясь самым деликатным образом в дела известного нам квантового мира.
   Многие направления в изучении «новой физики» были закрыты Стандартной моделью, которая продолжает оставаться надежной «книгой рецептов» для физики элементарных частиц, однако некоторые странные концепции дают физике надежду на то, что наша Вселенная скрывает такую физику, которую мы не способны полностью постичь — пока.
   Если полученные с помощью телескопа BICEP2 данные реальны и теория бозона Хиггса продолжит укрепляться, то тогда теоретики, возможно, получат дополнительные свидетельства того, что нечто другое — нечто экзотическое — не позволяет космологическому расширению разрушить Вселенную вновь до состояния точки. Возможно, существует иной механизм, который противодействует потенциалу поля Хиггса, способному разрушать миры?
   Пока это остается открытым вопросом, однако радует то, что мы здесь существуем и задаем подобные большие вопросы, и это означает, что кое-что пока не совсем сходится.
   Оригиналпубликации: The Higgs Boson Should Have Crushed the Universe.    Опубликовано: 24/06/2014