Знание-сила, 2006 № 08 (950) - страница 8

Астрономические наблюдения последних десятилетий показали, что галактики и их скопления движутся так, будто их держат «на привязи» гравитационные силы каких-то невидимых, «темных» масс. Они не видны глазу и телескопу, потому что не испускают свет. Обычное вещество, из которого состоят звезды галактик и межзвездные облака, в свою очередь, состоит из атомов (главным образом, водорода и гелия). Когда летящие в космосе частицы вещества или света (фотоны) сталкиваются с атомами, они их возбуждают, и спустя какое-то время, возвращаясь в нормальное состояние, эти атомы испускают свет Поэтому обычное вещество светится. Но то вещество, которое называется темным, не светится, и это значит, что оно состоит не из обычных атомов. А из чего же?

Ответа на этот вопрос пока нет. Есть только разумные догадки, основанные на новейших физических теориях. Эти теории предсказывают возможность существования особых «темных» частиц, из которых, возможно, и состоит темное вещество. А в самое последнее время появились факты, которые могут подтвердить — или опровергнуть — эти предсказания. Понятно, что астрофизики взволнованы. Ведь согласно их теориям эти частицы образовались на самых ранних этапах существования Вселенной. Не исключено, что с тех пор они скопились вблизи мест с большой гравитацией, чем могут быть центры галактик или их звезды. Обнаружение таких скоплений могло бы объяснить многие загадки — например, что происходит в невидимом нам центре Млечного Пути или почему наше Солнце окружено очень ярко светящейся «короной», происхождение которой до сих пор остается необъяснимым.

Подсказки о возможной природе «темных» частиц физики получили из двух теорий. Одна из них называется теорией суперсимметрии. Она продолжает ту теорию, которая привела к общепринятой сегодня «стандартной модели» элементарных частиц. Согласно этой модели, все существующие микрочастицы, в соответствии со своими свойствами, могут быть распределены по клеточкам некой таблицы, по классам, причем внутри каждого класса частицы обладают определенными общими свойствами — являются, например, «фермионами» (с полуцелочисленным вращательным моментом) или «бозонами» (с целочисленным вращательным моментом). Позднее выяснилось, что уравнения стандартной модели не вполне точно описывают поведение частиц, когда они обладают очень высокой энергией. Тогда возникла новая теория, основанная на принципе так называемой «суперсимметрии».

Грубо говоря, эта теория утверждает, что «правильные» уравнения реакций между частицами должны обладать одним общим свойством — они должны быть полностью симметричны относительно замены частиц из класса «бозонов» (к которым относится в частности, световая частица — фотон) на частицы из класса «фермионов» (к которым относится, в частности, электрон). А далее эта теория говорит: для того, чтобы нынешние уравнения (справедливые при небольших энергиях и неточные при больших) превратить в «правильные» (справедливые при всех энергиях), нужно добавить к таблице стандартной модели доселе неизвестные науке частицы — «супсрпартнеры» уже известных частиц (например, «фотино» вдобавок к фотону, «сэлектрон» вдобавок к электрону, «скварк» вдобавок к кварку). Разумеется, свойства этих новых частиц не могут быть любыми — они должны быть такими, чтобы уравнения, описывающие их реакции, превратились в «суперсимметричные». Такое требование позволяет вычислить, какими же должны быть эти свойства — масса, электрический заряд, момент вращения, взаимодействие с различными силами и полями и тому подобное — у разных «суперпартнеров».

В современной физике новые частицы иногда открываются не в экспериментах, не в ускорителях, а «на кончике пера». В данном случае, одна из новых частиц, предсказываемых теорией суперсимметрии, имеет прямое отношение к нашему рассказу о темном веществе. Частица эта — нейтралино. Она не имеет электрического заряда (отсюда ее название — НЕЙТРА-лино). Эта частица существует в нескольких видах, отличающихся массой. Обычно, когда говорят «нейтралино», имеют в виду самое легкое из разных «нейтралин», но даже оно тяжелее атома водорода — и притом тяжелее в 1000 и более раз.