ТАЙНЫ ВСЕЛЕННОЙ ЕЩЕ НЕ РАСКРЫТЫ

В интервью «ГА» директор лаборатории информационных технологий Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне (РОССИЯ), координатор группы ОИЯИ, работающей на Большом адронном коллайдере в Церне, доктор физико-математических наук Сергей ШМАТОВ говорит о явлениях, не укладывающихся в принятые наукой теории и модели.

- Г-н Шматов, на организованной Ереванским институтом физики международной конференции были представлены ведущие научные центры мира, занимающиеся физикой высоких энергий. Какие вопросы обсуждались на конференции?

- Рассматривались результаты экспериментов, полученные в разных научных центрах, в том числе и коллаборацией, работающей на Большом адронном коллайдере в Церне. Сейчас там идет, так называемый, третий сеанс по набору данных, первый завершился открытием бозона Хикса, за что была получена Нобелевская премия. Важно полностью выявить свойства открытой частицы, но пока все, что нам известно о ней, полностью соответствует стандартной модели.

- Однако, соответствие стандартной модели, видимо, не вполне удовлетворяет ученых?

- Стандартная модель – это теория, описывающая слабые и сильные взаимодействия элементарных частиц. То, что сегодня науке известно о бозоне Хикса, полностью совпадает с предсказанными свойствами этой частицы, однако понятно, что эта теория не является окончательной, поскольку не описывает темную материю и темную энергию. В рамки этой модели не укладывается и явление гравитации. Очевидно, что эта теория не является окончательной и есть что-то, что ученым еще предстоит открыть. Например, в рамках этой модели невозможно математически описать гравитацию, но наука стремиться создать модель, позволяющую описать все с единых позиций.

- Существуют ли признанные теории, описывающие явление гравитации?

- Есть ньютоновская, эйнштейновская и другие теории гравитации, но они не стыкуются с теорией элементарных частиц и, чтобы добавить в нее гравитацию, нужно искусственно вписать уравнения. А стоит задача описать все с единых позиций. Но научная мысль еще не достигла уровня, позволяющего создать более общую теорию. Этим занимаются теоретики, а мы в процессе проводимых экспериментов пытаемся обнаружить какие-то сигналы.

- Почему так важна теория?

- Теория позволяет не только математически описать те или иные явления, но и сделать предсказания. Например, когда появилась теория слабых электрических взаимодействий, стало ясно, что должны существовать переносчики слабых взаимодействий. И эти переносчики были найдены. Механизм бозона Хикса был предсказан более 60 лет назад, но лишь значительно позже эксперименты подтвердили существование этой частицы. Мы ожидаем, что теория предскажет нечто необычное, то, чего пока мы не видим. И этому посвящена большая часть программы конференции. Изучая свойства бозона Хикса, мы надеемся, что в каких-то условиях он начнет себя вести не так, как мы ожидаем, исходя из теории. И это будет означать открытие нового. Разумеется, мы можем чего-то не знать, но пока вся совокупность данных говорит о том, что бозон Хикса стандартный, и это удивительно скучно, поскольку все предсказуемо.

- На чем основано предположение о существовании невидимой темной материи?

- Астрофизические исследования свидетельствуют о том, что вся видимая Вселенная – планеты, звезды, галактики и т.д. составляет всего лишь 24% от всей массы Вселенной. Значит есть нечто скрытое от нашего взора, что дает общую массу. Как свидетельствуют измерения, во Вселенной существует нечто невидимое, вступающее в гравитационное взаимодействие, значит, это нечто имеет массу. Но что это? На этот вопрос наука пока не имеет ответа. Поэтому рассматриваются различные кандидаты на роль частиц темной материи. Этому посвящено множество экспериментов. Например, при столкновении частиц на коллайдерах мы можем ожидать возникновения частиц темной материи.

- А как вы их распознаете?

- Темная материя в том виде, в котором мы ее не видим, не взаимодействует с нашим веществом или слабо взаимодействует. Но поскольку есть масса, гравитационное взаимодействие отмечается. Но мы не основываемся на гравитационном взаимодействии, мы основываемся на том, что темная материя не вступает во взаимодействие.

- И какие из этого выводы?

- Например, давно известная частица нейтрино практически не взаимодействует с веществом и не оставляет никаких сигналов в детекторах. То есть, грубо говоря, темная материя является неким аналогом нейтрино.

- Вы полагаете, что это может как-то дополнить современные научные представления?

- Во-первых, когда нейтрино сталкивается с другими частицами, мы измеряем все, что родилось в момент столкновения. А с учетом закона сохранения энергии мы видим то, чего там не хватает, видим, что баланс нарушен и есть основания полагать, что родилось что-то, что унесло с собой часть энергии. Правда, это может быть связано и с неточностью измерений, но есть и другой момент. Поскольку частица рождается не одна, одновременно могут рождаться частица обычной и частица темной материи, тогда мы видим сигнал от нашей частицы и что-то еще, разные метки, свидетельствующие о том, что произошло некое взаимодействие, родилось что-то плюс еще частица темной материи.

- И все-таки, наверное, есть какие-то предположения относительно того, чем может быть темная материя?

- Сценариев много. И в их рамках существуют разные комбинации. Например, что частица темной материи может рождаться одновременно с бозоном Хикса.

- Предполагается, что это не те частицы, которые известны науке сегодня?

- Не те. Но есть основания полагать, что существует сектор, в котором живем мы, где практически все укладывается в рамки стандартной модели, но где-то есть темная материя, которая с нами взаимодействует либо гравитационно, либо с помощью переносчика, какого-то мессенджера, то есть частицы, которая может передвигаться между нашим и другим - темным миром. Он так и называется темный мир, и по поводу этой частицы-мессенджера существуют разные гипотезы. Это может быть бозон Хикса или какая-то другая частица, имеющая возможность перемещаться между двумя мирами, которая является дверью из одного мира в другой.

- То есть, может быть, это мир, в котором действуют другие физические законы и существуют другие частицы?

- Возможно даже, что там все построено по аналогии с нашим миром, но частицы другие. И тут есть некоторые предположения: что частица, которая может существовать в нашем и другом мире есть, и она может взаимодействовать и там, и тут. Если это так, то при столкновении двух частиц и рождается этот самый мессенджер, который в нашем мире может родить частицу темной материи.

- Возможно ли, что этот темный мир существует прямо рядом с нами, но мы его не воспринимаем?

- Существование зеркального мира не исключается. Существуют различные сценарии, в том числе и такой, что мы окружены частицами темной материи, но не ощущаем их. Есть и другие сценарии, но мы работаем только с теми, которые можно проверить экспериментально. А те сценарии, которые мы проверить не можем, нас не интересуют. Мы воспринимаем мир как трехмерный, у нас три измерения – длина, ширина, высота и время. Но кто сказал, что мир не может быть четырехмерным?

- Каким может быть четвертое измерение?

- Возможно, это какое-то дополнительное пространственное измерение. На этот счет есть разные предположения. Но для нас важно то, что эти дополнительные измерения, если они существуют, могут влиять на разнообразие имеющихся в нашем мире элементарных частиц. И еще. Все мы знаем, что есть черные дыры. И если существует дополнительное измерение, то микроскопические черные дыры могут рождаться в экспериментах. Но они будут настолько маленькими и легкими, что могут рождаться и сразу же испаряться. И это тоже может быть обнаружено. Существует брионная симметрия Вселенной, а из квантовой теории поля мы знаем, что частицы рождаются и уничтожаются парами, то есть частица и античастица. Тут закон сохранения – родились и уничтожились. Вся Вселенная состоит из частиц, а античастиц нет. Когда возникла Вселенная, всего было поровну, а потом материи стало больше, чем антиматерии.

- Куда делась антиматерия?

- Есть разные гипотезы, предположения, но окончательного ответа на этот вопрос пока нет. И наша задача - проверить в экспериментах все теории, объясняющие парадоксы. Причем речь идет не только о продолжении экспериментов на Большом адронном коллайдере в Церне. Запланирован целый ряд важных экспериментов, на коллайдере «Ника» в Дубне, связанных с возникновением и эволюцией Вселенной. Эти вопросы тоже обсуждались на конференции.

- У вас есть какие-то контакты с армянскими учеными?

- Контакты ОИЯИ и ЕрФИ очень давние и продуктивные. К сожалению, здесь нет таких установок, на которых можно проводить серьезные эксперименты, таких машин во всем мире мало, но в ЕрФИ есть прекрасные ученые, которые активно участвуют в наших экспериментах и вносят значительный вклад в получение интересных результатов. Здесь разрабатываются детекторные системы, используемые для регистрации частиц, обрабатывается и анализируется полученная информация, что требует интеллекта, понимания физики и математического аппарата.

Наука располагает неопровержимыми доказательствами существования темной материи, это подтверждают и эксперименты, но Вселенная не спешит раскрывать свои тайны, и ученым всего мира еще предстоит приложить много усилий, чтобы понять, что же представляет собой эта невидимая материя, расширить стандартную модель и продвинуться в понимании окружающего нас мира.