Поиск физики за пределами Стандартной модели

Поиск физики за пределами Стандартной модели

Стандартную модель физики частиц иногда называют «теорией почти всего». Это лучший набор уравнений на сегодняшний день, описывающий фундаментальные частицы Вселенной и то, как они взаимодействуют. Тем не менее у этой теории есть бреши. Она не дает адекватного объяснения гравитации, не может объяснить асимметрию материи и антиматерии в юной Вселенной; частицы темной материи или темная энергия для нее вообще не существует.

Теперь у ученых есть новый инструмент, который поможет в поисках физики за пределами хорошей, но неполной Стандартной модели. Международная команда ученых разработала и испытала магнитный экран, который впервые сможет создать чрезвычайно низкое магнитное поле в большом объеме. Это устройство обеспечивает магнитное экранирование в 10 раз лучше, чем любые предыдущие экраны. Его рекордная производительность позволит ученым измерять определенные свойства фундаментальных частиц с высоким уровнем точности — а это, в свою очередь, может выявить доселе скрытую физику и направить их в сторону поиска новых частиц.

Работа, описывающая новый магнитный экран, появилась в Journal of Applied Physics.

Высокоточные измерения являются одним из трех пределов, затрудняющих поиск физики за пределами Стандартной модели, говорит Тобиас Линс, работавший над новым магнитным экраном в исследовательской лаборатории Питера Фирлингера в Техническом университете Мюнхена в Германии. Точные измерения дополняют другие методы поиска новой физики, включая сталкивание частиц в коллайдере с целью производства новых, высокоэнергетических частиц, и вглядывание в космос с целью уловить сигналы юной Вселенной.

«Точные эксперименты могут исследовать природы в энергетических рамках, которые недоступны на текущем и следующем поколении экспериментов с использованием коллайдеров», — говорит Линс. Это потому, что существование экзотических новых частиц может незначительно изменять свойства уже известных частиц. Крошечные отклонения от ожидаемых параметров могут означать еще неоткрытые фундаментальные частицы в «зоопарке частиц».

Ученые построили новый экран из нескольких слоев специального состава, состоящего из никеля и железа, который имеет высокую степень магнитной проницаемости — то есть может выступать как губка, впитывая и перенаправляя магнитное поле, вроде собственного магнитного поля Земли или полей, генерируемых оборудованием, вроде двигателей и трансформаторов.

«Этот аппарат можно сравнить с кубовидной русской матрешкой, — говорит Линс. — Подобно матрешкам, большинство слоев можно использовать отдельно, и чем больше слоев, тем выше защита внутренней части».

Большой прорыв команды заключается в глубоком численном моделировании расположения точно изготовленных намагничиваемых сплавов, в результате чего существенно оптимизированы детали конструкции, вроде толщины, соединений и расстояния между слоями.

Материалы в магнитных экранах изменяют свою намагниченность из-за воздействий внешней среды, вроде перепадов температур и вибраций, вызываемых проходящими автомобилями, и эти сдвиги могут проникать внутрь экрана. Более тонкие листы в новой конструкции позволили лучше сбалансировать магнитное поле в металле, в результате чего появилось самое маленькое и однородное поле в пределах экранируемого пространства, обходящее даже нормальное магнитное поле межзвездной среды.

Новые эксперименты не за горами
В планах ученых — использовать новый магнитный щит в эксперименте, чтобы проверить пределы распределения зарядов (так называемый электрический дипольный момент) на изотопе ксенона. ЭДМ, которое будет выше предсказанного Стандартной моделью, может сигнализировать о существовании новой частицы, масса которой будет напрямую зависеть от величины, на которую ЭДМ отклонился от ожидаемой величины.

Также ученые хотят использовать модифицированный детектор SQUID — который может обнаруживать тончайшие магнитные поля — для поиска давно предполагаемых, но никогда не обнаруженных магнитных монополей. В магнетически тихом пространстве внутри экрана монополь, проходящий через SQUID, может произвести магнитное поле выше уровня фонового шума, говорит Линс.

Поделиться:

Оставить комментарий