вторник, 18 декабря 2012 г.

Новая сущность. Часть 20. Ноябрь 2012: удар по теории "темной материи"


    Федор Дергачев

    Сторонниками теории «темной материи», кроме манипулирования формулами ad hoc  («для данного случая»), также предпринимались попытки построить целое здание «новой физики», отодвигающей старую (так называемую «Стандартную модель»), никак не объясняющую аномалии, упомянутые в предыдущих частях данной статьи.

    «Кроме прямых наблюдений гравитационных эффектов скрытой массы существует ряд объектов, прямое наблюдение которых затруднено, но которые могут вносить вклад в состав скрытой массы. В настоящее время рассматриваются объекты барионной и небарионной природы: если к первым относятся достаточно хорошо известные астрономические объекты, то в качестве кандидатов во вторые рассматриваются страпельки и гипотетические элементарные частицы, следующие из классической квантовой хромодинамики (аксионы) и суперсимметричных расширений квантовых теорий поля». («Скрытая масса Вселенной»).

    В своих рассуждениях я старался обходить эту тему, так как экспериментальных опровержений теоретических построений сторонников «новой физики» у меня не было.
    Но в ноябре 2012 года долгожданные опровержения были опубликованы. Важно отметить, что они исходили непосредственно из ЦЕРН - «цитадели» официальной науки.

    Удар по «новой физике»

    «Желающие потоптаться на могиле Стандартной модели, описывающей взаимодействие всех элементарных частиц, должно стать меньше. Альтернативная ей концепция – теория суперсимметрии – потерпела неудачу, пусть и локальную. Она предсказывала, что Bs мезон относительно часто распадается на два мюона. Согласно Стандартной модели это должно происходить реже. Эксперимент, проведенный на Большом адроном коллайдере в ЦЕРНе (Швейцария) Иоганном Альбрехтом, показал, что распад происходит с вероятностью 1 к 300 миллионам – как и предсказывалось Стандартной моделью. Все это не отменяет тех или иных версий теории суперсимметрии, но для новой физики – той, что за пределами Стандартной модели, - возможности, конечно, сужает. Напомним, что концепция новой физики популярна из-за того, что Стандартная модель не может объяснить существование темной материи и темной энергии, из которых по большей части и состоит Вселенная». («NewScientist.ru» №12, 2012, стр. 7).

    Большой адронный коллайдер «закрыл» возможность революции в физике

    «Физики, работающие с Большим адронным коллайдером, сообщили о том, что им удалось зафиксировать редчайшую реакцию, которую долго искали в надежде на обнаружение новых частиц и расширение Стандартной модели.
    Речь в сообщении исследователей, которое представлено на официальном сайте ЦЕРН идет о распаде Bs-мезонов: короткоживущих частиц, состояших из b-антикварка и s-кварка (любой мезон состоит из пары кварк-антиварк, всего кварков бывают шести видов - u,d,c,s,b,t). Ученые смогли экспериментально продемонстрировать то, что эти мезоны превращаются в пару из положительно и отрицательного заряженных мюонов - ну а те уже превращаются в нейтрино, антинейтрино, электроны и позитроны. Электрон с позитроном, в свою очередь могут аннигилировать с образованием двух квантов гамма-излучения, так что в итоге от Bs-мезона останется лишь излучение и нейтрино, которые свободно проходят через всю планету насквозь и практически ни с чем не реагируют.
    Чем интересен этот распад и почему ему посвятили отдельную научную работу? Перед ответом на этот вопрос стоит пояснить, что термин «распад» как минимум не очень нагляден - частица, состоящая из того или иного набора кварков, вовсе не разваливается на эти кварки по отдельности. Более того, физики говорят о «распаде» и вовсе элементарных частиц, то есть тех же мюонов, у которых в принципе нет никаких составных частей. Чтобы не сбивать читателей с толку, поясним - под «распадом» понимаются реакции превращения одних частиц в другие: в данном случае превращения испытывают кварки в составе Bs-мезона. В мире нестабильных частиц возможностей для изменения частиц множество и Bs-мезон, например, «распадается» десятками разных способов - чаще всего b-антикварк становится с-кварком, после чего частица превращается из Bs-мезона в Ds-мезон. В котором потом тоже может происходить ряд реакций - но мы не будем здесь вдаваться в подробности и расписывать все сотни и тысячи возможных комбинаций конечных частиц, улетающих от места столкновения протонов в детекторах LHC.
    Важно то, что все эти комбинации учитываются физиками. Детекторы собирают те частицы, которые можно собрать в принципе (нейтрино улетают мимо вопреки всем ухищрениям исследователей), а затем по ним восстанавливают картину реакций - подобно тому, как криминалисты по отметкам от осколков и фрагментам бомбы определяют то, какое же взрывное устройство сработало. На основе этих данных, в свою очередь строятся теории; Стандартная модель с ее перечнем кварков, лептонов и бозонов является именно обобщением и развитием опытных данных. В ней, разумеется, есть ряд предположений и как раз их-то продолжают проверять - обнаружение бозона Хиггса стало подтверждением правильности ключевой догадки о том, почему же различаются между собой свойства разных полей (ответ: потому что есть бозоны Хиггса, придающие некоторым частицам массу).

CMS, один из двух детекторов, которые собирали данные о распаде Bs мезона
    Стандартная модель предсказывала, что распад Bs-мезона на два разных мюона является очень маловероятным событием. То есть на триста с лишним миллионов всех «распадов» (еще раз подчеркнем условность термина!) приходится одна такая реакция. И, естественно, засечь ее среди многих других реакций было очень непросто. Ученые ждали несколько лет сбора достаточного количества данных о распадах всех частиц, причем все эти годы как на LHC, так и на другом крупнейшем ускорителе, Теватроне (США) столкновения протонов проводились практически непрерывно. Сутки за сутками электромагниты направляли пучки частиц по пересекающимся в центре детектора траекториям, а электроника детектора передавала на серверы ЦЕРН и Национальных лабораторий Ферми один терабайт данных за другим. Далее следовал долгий статистический анализ, в 2011 году группа с Теватрона сообщила о предварительном и весьма интересном результате, а сейчас озвучены уже достаточно уверенные выводы.
    Распад существует. Но происходит с той вероятностью, с которой предсказывает Стандартная модель. Если бы вероятность была выше, это могло указывать на то, что процессу помогают какие-то еще неизвестные (хотя и предсказываемые рядом теорий) частицы - но, увы, пока что этих гипотетических частиц скорее нет». (13 ноя. 2012, 13:11). http://detalimira.com/news/629/  

    Большой адронный коллайдер подтвердил Стандартную модель, «отправив на кладбище» теорию суперсимметрии

    «Международная команда ученых в Европейском центре ядерных исследований (CERN) нашла подтверждение гипотезы о том, что сверхредкий распад Bs-мезонов на мюон-антимюонную пару существует. Процесс, на существование которого в определенных параметрах возлагали надежду ученые - приверженцы так называемой "новой физики", тем не менее, разрушил все их чаяния. Как оказалось, воспроизведенный в коллайдере распад мезона фактически опровергает постулаты теории суперсимметрии и, напротив, подтверждает истинность Стандартной модели.
    Bs-мезон (странный B-мезон), состоящий из s-кварка ("странного" - "strange") и b-кварка ("прелестного" - "beauty"), таки распадается на два мюона, но крайне редко. Как показало проведенное коллаборацией  LHCb исследование, распаду подлежат лишь три частицы из 10 миллиардов, говорится в исследовании CERN.
Международная команда ученых в Европейском центре ядерных исследований (CERN) нашла подтверждение гипотезы о том, что сверхредкий распад Bs-мезонов на мюон-антимюонную пару существует
    Данная частота явления предсказана в общепринятой физической теории - Стандартной модели, но противоречит так называемой «новой физике», в частности, теории суперсимметрии. Она предполагает, что у всех известных элементарных частиц существуют «двойники» - суперсимметричные частицы, которые зародились вместе с обычными частицами в момент Большого взрыва. Затем суперсимметричные частицы стали намного тяжелее, распались, а их остатки образовали «темную материю», из которой почти на четверть состоит Вселенная и объяснения существования которой нет в Стандартной модели.

    «Суперсимметричные модели - по дороге на кладбище»

    Для подтверждения теорий «новой физики» исследователи пытаются подтвердить существование процессов, не вписывающихся в Стандартную модель. Однако новое наблюдение практически противоречит теории суперсимметрии, о чем было доложено на конференции по физике, проходящей с 12 по 16 ноября в Киото, сообщает CERN Bulletin. Суперсимметрия предполагает, что если бы у частиц в действительности существовали бы партнеры-суперчастицы, то число распадов было бы выше.
    «Выбираются такие события, которые очень хорошо предсказываются в Стандартной модели, и смотрят, насколько эти наблюдения совпадают с предсказаниями теории. Если вы увидите расхождение, то это будет очень четкое указание на то, что есть новая частица», - заявил РИА "Новости" сотрудник коллаборации LHCb, профессор Имперского колледжа Лондона Андрей Голутвин.
    По его словам, физики надеялись, что вероятность димюонного распада Bs-мезона окажется в несколько раз выше. «Но вот появился первый результат LHCb, и он, к сожалению, такой же, как в Стандартной модели. Сегодня мы видим около 15 событий. Точность пока очень маленькая, но уже ясно, что больших отклонений от Стандартной модели нет. Вероятность того, что есть большое превышение, практически исключена, - отметил ученый. - Результат очень сильно ограничивает круг существующих моделей, в частности, суперсимметричные модели становятся почти невероятными. Я бы сказал, что суперсимметричные модели - по дороге на кладбище».
Процесс, на существование которого в определенных параметрах возлагали надежду ученые - приверженцы так называемой "новой физики", тем не менее, разрушил все их чаяния
Как оказалось, воспроизведенный в коллайдере распад мезона фактически опровергает постулаты теории суперсимметрии и, напротив, подтверждает истинность Стандартной модели
    «Суперсимметрия, возможно, не умерла как теория, но эти последние результаты свидетельствуют, что она тяжело больна», - цитирует русская служба BBC британского профессора Криса Паркса, участвовавшего в эксперименте LHCb...» (13 ноября 2012 г., 10:25). http://newsru.com/world/13nov2012/susy.html

    Вырисовывается интересная картина: правильной оказывается Стандартная модель, в принципе не предусматривающая темную материю в том виде, в каком ее пытаются представить апологеты официальной науки.
    Но аномалии галактик от этого никуда не исчезают. Они существуют, и от ученых требуется их объяснение, если не одно, то, по крайней мере, другое.
    Следовательно, наступил тот неприятный для теоретиков момент, когда, согласно «бритве Оккама», придется «множить сущности», и уже не «сверх необходимого», а по очевидной необходимости.
    Долгожданная революция в астрономии начала предстартовый отсчет. Контуры Новой сущности, до сей поры зыбкие, стали стремительно приобретать четкие очертания.

    «Новая сущность». Часть 21. «Гелиопауза: "приключения" продолжаются». http://artefact-2007.blogspot.ru/2012/12/21.html

4 комментария:

  1. "Забудьте квантовую физику и теорию относительности — основой для более совершенной концепции устройства мира может стать нечто совсем неожиданное". (Анонс журнала NewScientist.ru №12(23)/2012). http://newscientist.ru/oneJournal.aspx?idJournal=25

    ОтветитьУдалить
  2. Игорь Иванов: "...Утверждения о том, что эти данные приближают нас к пониманию природы темной материи, пока преждевременны...

    Являются ли эти данные свидетельством в пользу темной материи? Вовсе нет; не более, чем данные PAMELA. Можно даже сказать жестче: было бы неверно утверждать, что эти данные дали хоть какую-то новую информацию о темной материи — на что хотят намекнуть и официальные сообщения, и вслед за ними СМИ. Да, превышение позитронов вне всяких сомнений имеется, но никаких четких указаний на его происхождение как не было, так и нет. Утверждения в пресс-релизе, что AMS-02 вскоре даст ответ на этот вопрос, выглядят чересчур оптимистичными (либо основаны на неопубликованных пока данных).

    Что нового рассказали эти данные о позитронной загадке? По правде сказать, не так много. Во-первых, мы видим, что доля позитронов продолжает расти, как минимум до 300 ГэВ. При высоких энергиях намечается выравнивание, но оно пока не слишком статистически значимое. Во-вторых, благодаря очень плотному расположению точек по энергетической шкале можно быть уверенными, что AMS не пропустила никакой узкий пик. В данных видны небольшие колебания, но они выглядят вполне похоже на обычные статистические флуктуации (плюс возможные погрешности, связанные с неконтролируемыми внешними условиями).

    В-третьих, коллаборация AMS изучила угловое распределение найденных событий и пришла к выводу, что позитроны приходят со всех направлений более-менее изотропно. В принципе, так и должно быть в случае частиц темной материи, но то же самое можно ожидать и от работающего неподалеку пульсара — ведь испущенные им электроны и позитроны придут к нам по запутанной в межзвездном магнитном поле траектории и могут попасть в детектор с любой стороны.

    Непосредственно данные на этом заканчиваются, и открывается простор для интерпретации. Первая попытка сделана в самой статье коллаборации AMS. Авторы проверили, можно ли описать данные простейшей моделью, в которой и электронный, и позитронный поток содержит две компоненты: экспоненциальную и степенную. Оказалось, да, можно, согласие получается очень хорошим. Но как интерпретировать этот результат, не очень понятно. Очевидно, в ближайшие месяцы последует поток теоретический статей, учитывающих новые данные в тех или иных вычислениях или моделях или даже предлагающих им свои объяснения. Однако это всё будут лишь угадывания; нечто достоверное мы имеем шанс узнать только после обнародования данных с энергией вплоть до 1 ТэВ.

    Источник: M. Aguilar et al. (AMS Collaboration). First Result from the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station: Precision Measurement of the Positron Fraction in Primary Cosmic Rays of 0.5–350 GeV // Phys. Rev. Lett. 110, 141102 (2013); статья находится в свободном доступе". (05 апреля 2013 года). https://plus.google.com/u/0/103263750784622441418/posts/Rfg3UotQG24

    Свет на темную материю

    "Новости детектора AMS, наделавшие столько шума, на самом деле не совсем новости. То же явление (избыток позитронов определенных энергий), которое теоретически может косвенно указывать на аннигиляцию частиц темной материи, было уже ранее известно из других экспериментов космических телескопов – Памела и Ферми. Но эти эффекты можно объяснить безо всякой темной материи: они могут быть связаны с излучением звезд особого вида – пульсаров, причем такая интерпретация даже более правдоподобна. Так что сенсации пока не произошло". (07 мая 2013, 14:06). http://www.svoboda.org/content/article/24977875.html

    ОтветитьУдалить
  3. Суперсимметрия в свете данных LHC: что делать дальше?

    "Результаты первых трех лет работы Большого адронного коллайдера не продемонстрировали никаких признаков существования суперсимметрии, разочаровав тем самым многих физиков. Насколько критичны эти данные для самой идеи суперсимметрии и для различных ее моделей? Как теперь физикам оптимизировать поиск суперсимметрии в будущих данных LHC?

    Суперсимметрия — одна из самых ярких и плодотворных идей в теоретической физике высоких энергий. Многие физики надеются, что именно с ней будет связан тот глубинный слой реальности, который лежит под современной картиной микромира — Стандартной моделью. Надежды эти держатся совсем не на пустых словах: в рамках многих суперсимметричных моделей очень естественно разрешаются некоторые трудности и открытые вопросы Стандартной модели. Неудивительно, что поиск суперсимметрии стал одной из ключевых и трудоемких научных задач Большого адронного коллайдера.

    Первоначальные ожидания от результатов LHC были очень радужными; всерьез рассматривалось развитие событий, когда фейерверк новых эффектов начнется с первых же недель работы коллайдера на расчетной энергии. Реальность, однако, оказалась отрезвляющей: после трех лет работы LHC никаких признаков суперсимметрии не видно. Можно даже сказать прямо: однозначно закрыты те простые варианты суперсимметричных моделей с легкими суперчастицами, на которые еще десяток лет назад ориентировались многие исследователи суперсимметрии.

    Налицо кризис суперсимметричных моделей...

    Итоги

    Результаты первых трех лет работы LHC ограничивают суперсимметричные модели намного сильнее, чем все эксперименты до сих пор...

    Вторая фаза работы Большого адронного коллайдера станет новым существенным этапом в поиске суперсимметрии. Если LHC так и не найдет никаких ее проявлений, это уже будет иметь более серьезные последствия для ограниченных моделей... Вопрос о естественности теории станет еще острее, и к каким выводам придут тогда теоретики, можно лишь предполагать". (Игорь Иванов. 1 июля 2013). http://elementy.ru/news/432038

    Комментарии к статье - http://elementy.ru/news?discuss=432038

    ОтветитьУдалить
  4. Темная материя ускользнула от нового детектора

    "Работающая в Сэнфордской подземной лаборатории (США) группа физиков сообщила о том, что новый ксеноновый детектор за несколько месяцев работы не нашел следов темной материи. Подробности приводит Nature News - http://www.nature.com/news/no-sign-of-dark-matter-in-underground-experiment-1.14057

    Смонтированный в тоннелях старой золотой шахты детектор LUX содержит 300 литров жидкого ксенона и чувствительные фотоумножители, которые могут зафиксировать слабую вспышку внутри наблюдаемого объема. Поскольку почти полтора километра горных пород не дают проникнуть внутрь космическим лучам, а от излучения естественных радионуклидов жидкий ксенон защищен дополнительной изоляцией, единственным источником вспышек могут быть либо нейтрино, либо какие-то иные слабо взаимодействующие частицы. Ученые рассчитывали, что нейтринные вспышки удастся отличить от возможных частиц темной материи, и за счет этого прояснить свойства этой загадочной субстанции.

    Обработка данных за первые 110 дней показала, что прибор зафиксировал всего лишь 160 вспышек, что примерно соответствует ожидаемому уровню посторонних помех..." (31 октября 2013, 11:06). https://plus.google.com/u/0/103263750784622441418/posts/Hts7FAfnhPU

    ОтветитьУдалить