5 шагов к разгадке главных тайн Вселенной: что задумали физики?

Появилась долгожданная программа исследований по физике элементарных частиц на ближайшие 10 лет. План, разработанный специальной комиссией P5 под руководством профессора Беркли Хитоши Мураямы , включает пять масштабных проектов, которые уместились в рамки выделенного бюджета.

На конференции ScienceWriters 2024 в Северной Каролине Мураяма с улыбкой признался, что раньше переживал из-за того, что приходилось отклонять многообещающие исследования по финансовым причинам. Однако сейчас руководитель комиссии доволен итоговым списком отобранных экспериментов.

Первым среди приоритетных направлений значится поиск темной материи в бывшей золотой шахте Южной Дакоты. Ученые планируют увеличить резервуар с жидким ксеноном с 7 до 70 тонн. Хотя предыдущие эксперименты не выявили следов загадочной субстанции, составляющей 85% массы Вселенной, исследователи настаивают на продолжении поисков в расширенном масштабе.

Второй проект связан с детальным изучением бозона Хиггса - частицы, открытие которой в 2012 году завершило формирование Стандартной модели физики. Для массового производства и анализа свойств бозона потребуется новый мощный коллайдер, сталкивающий электроны с позитронами.

Строительство такой установки в США признано экономически нецелесообразным. Вместо этого комиссия рекомендует поддержать создание "оффшорной фабрики Хиггса" - либо проект FCC-ee в европейском ЦЕРНе, либо Международный линейный коллайдер в Японии.

Третье направление исследований должно объяснить преобладание материи над антиматерией. Нейтрино считаются единственными известными частицами, способными пролить свет на эту загадку. Для их изучения между Иллинойсом и Южной Дакотой создается Глубокий подземный нейтринный эксперимент (DUNE).

Недавно завершилось строительство долгобазовой нейтринной установки. Комиссия предлагает с ее помощью детальнее исследовать поведение загадочных частиц, способных беспрепятственно проходить сквозь толщу земли.

Четвертый проект предусматривает расширение нейтринной обсерватории IceCube в Антарктиде. Установка уже позволила ученым наблюдать сверхмассивную черную дыру в соседней галактике и впервые получить изображение галактического диска с помощью нейтрино.

Пятый приоритет - поиск следов космической инфляции - стремительного расширения Вселенной сразу после Большого взрыва. В 2014 году астрономы заявили, что обнаружили доказательство этого явления в Антарктиде, но позже были вынуждены отказаться от своих слов.

Для продолжения поисков P5 поддержала запуск эксперимента CMB-S4 сразу на двух площадках - в Чили и на Южном полюсе. Однако в мае 2024 года Национальный научный фонд временно приостановил проект, направив средства на обновление антарктической инфраструктуры.

Параллельно с основными инициативами физики предлагают начать разработку передового ускорителя для столкновения мюонов. Мураяма назвал эту инициативу "мюонным выстрелом" по аналогии с лунной программой, подчеркнув, что даже неудача может привести к важным научным открытиям.

Общая стоимость четырех проектов превысит 2,5 миллиарда долларов, не считая затрат на "фабрику Хиггса". Отдельную тревогу вызывает ситуация с транспортным обеспечением антарктических исследований - устаревший флот грузовых самолетов ВВС США скоро будет списан.

Сенатор Чак Шумер добился включения в оборонный бюджет 229 миллионов долларов на закупку новых самолетов. По словам Мураямы, для многомиллиардного оборонного бюджета эта сумма незначительна, однако судьба поправки пока зависит от решения Палаты представителей.