Поиск гравитационных волн, которые являются остатком процесса, имевшего место в начале существования Вселенной, который мог бы напоминать ... кипение воды, - это цель исследования, в котором участвует польский физик-теоретик, доктор Богумила Свеньевская.
Вскоре после Большого взрыва, в самом начале, Вселенная была не похожа на то место, которое мы знаем по нашему опыту. Не было звезд, планет или каких-либо других скоплений материи: вместо этого она была заполнена горячей плазмой элементарных частиц. Даже свет не мог тогда путешествовать на большие расстояния, потому что свободные электроны могли взаимодействовать с фотонами - и, в частности, рассеивать их.
Это состояние изменилось только около 379 тысяч. лет после Большого взрыва. Электроны и протоны затем объединяются в так называемые процесс рекомбинации, с образованием атомов водорода. Об этом свидетельствует микроволновое фоновое излучение, наблюдавшееся в 1950-х годах - электромагнитное излучение, которое является остатком ранних этапов эволюции Вселенной. Этот момент также является пределом возможностей наблюдения традиционных радиотелескопов.
Однако в течение некоторого времени у нас было совершенно новое окно во Вселенную - мы говорим о возможности обнаружения гравитационных волн. Вполне возможно, что благодаря этому ученые смогут обнаружить гравитационные волны, сформировавшиеся в первые моменты существования Вселенной за дюжину или около того лет. Эти поиски должны проводиться примерно с 2034 года с помощью детектора LISA (космическая антенна лазерного интерферометра), расположенного в космосе.
«Мы надеемся, что это будет прорыв, который позволит нам + услышать + о том, что произошло за завесой микроволнового фонового излучения», - объясняет в интервью PAP доктор Богумила Свеньевска, физик-теоретик, имеющий дело с - как она это называет - «детством Вселенной».
Среди многих событий, имевших место в этом детстве, польский исследователь особенно интересовался процессом получения массы элементарными частицами. «Наше текущее состояние знаний показывает, что большинство элементарных частиц, которые мы наблюдаем, приобретают массу, взаимодействуя с так называемым полем Хиггса», - объясняет доктор Свеньевска.
«Существующее поле Хиггса можно представить как густое желе, которое замедляет движущиеся в нем частицы - благодаря чему они ведут себя так, как будто они тяжелые, имеют большую массу. Если по какой-то причине это поле станет редким, то эти частицы будут свободно передвигаться - как будто они не ограничены какой-либо массой », - говорит исследователь.
Согласно теоретическим предсказаниям, в очень ранней Вселенной поле Хиггса имело совершенно иные свойства, чем сегодня, и было неспособно «дать массу» содержащимся в нем частицам. Только через некоторое время, когда Вселенная начала расширяться и постепенно остывать, свойства этого поля изменились. В какой-то момент (по оценкам физиков, это произошло примерно через 9 пикосекунд после Большого взрыва), поле Хиггса, наконец, утолщилось, и частицы начали вести себя так, как будто они имели массу.
Однако ключевой вопрос заключается в том, как этот процесс выглядел - это может быть еще одним доказательством недостатков Стандартной модели, базовой теории, описывающей элементарные частицы и взаимодействия между ними.
Согласно прогнозам Стандартной модели, это преобразование происходило «гладко»: редкое поле просто постепенно сгущалось. Однако видение, вытекающее из некоторых теорий, расширяющих Стандартную модель, совершенно иное.
«Они предсказывают, что свойства поля Хиггса резко изменились. В некоторых областях Вселенной частицы уже имеют массу, в других еще нет», - говорит доктор Свеньевска. «Мы можем сравнить ее с кипящей водой: в емкости, наполненной кипящей водой, одновременно находится вода с очень разными свойствами: в жидком и газообразном состоянии. С течением времени появляется все больше и больше пузырьков, наполненных газом - до тех пор, пока вся вода испариться».
По мнению ученых, именно так может выглядеть процесс сгущения поля Хиггса в ранней Вселенной. Однако основное различие между этим процессом и его аналогией заключается в том, что для доведения воды до кипения необходимо ее нагревать, то есть добавлять энергию. Процесс сгущения поля Хиггса будет иметь противоположный эффект: по мере расширения пузырьков будет выделяться энергия.
Гравитационные волны были бы остатком такой быстро высвобождаемой энергии. Д-р Свеньевская объясняет, что наблюдаемые до настоящего времени частоты должны быть в основном разными, поэтому необходимы точные теоретические предсказания, чтобы лучше интерпретировать экспериментальные данные.
Если прогнозы подтвердятся и такие гравитационные волны могут наблюдаться, это будет очень важным ключом для физиков. «Мы получили бы еще одно доказательство того, что + clean + Standard Model не является правильным, и мы бы получили подсказку, в каком направлении искать фундаментальную теорию», - подчеркнул исследователь.
В то же время она признает, что сам факт наблюдения за чем-то, что произошло в самом начале вселенной, был бы для нее захватывающим. «Было бы здорово получить конкретный ответ на вопрос, что тогда происходило!» - подчеркивает.
