Предложено новое решение проблемы космологической постоянной

Предложено новое решение проблемы космологической постоянной

Одной из самой значительных загадок современной физики частиц и космологии считается проблема тёмной энергии. А точнее — того, почему она, эта самая тёмная энергия (ТЭ), имеет крайне малую, хотя и не нулевую плотность. Согласно доминирующей теории, такая ТЭ — просто космологическая константа, то есть некая энергия, равномерно заполняющая вакуум.

Согласно предсказаниям квантовой теории, физический вакуум может обладать так называемой нулевой энергией, и она в принципе подлежит обнаружению в силу её влияния на пространство-время (искажение). Исходя из представлений современной физики, эта плотность (космологическая постоянная) должна иметь значение примерно в районе планковской величины — 10¹⁰⁶ г/см³. А если попробовать обнаружить подобное влияние экспериментально, то получается нечто невообразимо малое, на 120 с лишним порядков меньшее. Известный комментарий Ли Смолина на этот счёт — «поистине наихудшее предсказание, когда-либо сделанное научной теорией» — следует признать совершенно верным, если, конечно, не включать в понятие «наука» гуманитарные дисциплины.

Попыток объяснения расхождения было несколько, но, увы, даже идеи Олафа Дрейера с его отрицанием фундаментальности пространства не принесли убедительного решения проблемы. И вот небезызвестный Лоуренс Краусс (Lawrence Krauss) из Университета штата Аризона, один из основоположников концепции тёмной энергии, и Джеймс Дент (James Dent), представляющий Университет Луизианы в Лафайете (оба — США), предполагают, что открытый в прошлом году бозон Хиггса может стать насущно необходимым порталом к физике, способной объяснить некоторые из атрибутов тёмной энергии.

По их мнению, возможное взаимодействие хиггсовского бозона и пока не открытых гипотетических новых частиц может быть связано с тем, что обычно называют энергией великого объединения. При её достижении три известные негравитационные взаимодействия оставались объединёнными в электроядерное взаимодействие. Как постулируют физики, по расчётам, такое взаимодействие бозона и частицы «Х» может привести к возникновению другого фонового поля в природе, в дополнение к хиггсовскому. Это поле должно внести свой вклад в энергетическую плотность вакуума — то есть быть той самой тёмной энергией. Что особенно важно, расчётная плотность этого неведомого поля по масштабам близка к наблюдаемой астрофизиками плотности энергии вакуума.

Пора ли нам уже выныривать из ванны с соответствующим криком?

«Наша работа продвинула один из аспектов проблемы тёмной энергии, — уверен г-н Краусс. — Поскольку бозон Хиггса наконец-то открыт, он и обеспечит нужный «портал» к физике на гораздо более высоком энергетическом уровне, посредством возможных очень слабых взаимодействий, ведущих к новым скалярным полям, которые могут существовать в подобных энергетических диапазонах».

Итак, работа показывает, что в диапазонах действия электрослабого взаимодействия (и возможной энергии великого объединения) энергия вакуума может быть соответствующей наблюдаемой. Причём такое расширение стандартной модели физики частиц выглядит предельно простым. Однако это, конечно, не революция. Да, механизм такого рода действительно может объяснить, почему энергия вакуума до смешного невелика, а последующие проверки экспериментом способны даже подтвердить действенность механизма. Но от этого он не станет причиной, а объяснение данного весьма странного факта требует понимания именно физических причин этой загадки.

«Более глубокой проблемой является то, почему известная физика стандартной модели не придаёт вакууму гораздо большей энергии, и эта проблема всё ещё не решена», — констатирует Лоуренс Краусс.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Университета штата Аризона.