Компания
342,44
рейтинг
14 июля 2014 в 19:36

Разное → Яндекс в новом эксперименте ЦЕРНа: как найти тёмную материю всего за 13 лет

Несмотря на то, что физиков иногда пытаются представить консервативными, на деле они только и ждут того, чтобы найти что-то, что выходит за пределы нынешнего понимания природы. Но у них давно такого не получалось.

В очередной раз надежды на обновление Стандартной модели разрушились после того, как в ЦЕРНе нашли бозон Хиггса. И несмотря на то, что, по мнению Стивена Хокинга, это открытие сделало физику скучнее, проблемы, которые Стандартная модель объяснить не может, всё еще остаются. Одна из них — какая частица может стать кандидатом на тёмную материю? Как вы знаете, она содержится во Вселенной, но увидеть её мы не можем.

И вот учёные в ЦЕРНе начинают новый эксперимент — SHiP (Search for Hidden Particles). Если такие частицы обнаружат, то Стандартную модель можно расширить. Это будет означать, что наше представление о структуре и эволюции Вселенной может поменяться. А учёные вполне могут претендовать на Нобелевскую премию. Проводить астрофизические исследования для SHiP будет космический телескоп Astro-H. Яндекс для этого эксперимента не только предоставит ЦЕРНу свои технологии машинного обучения: студенты и исследователи Школы анализа данных Яндекса будут работать совместно с его учёными.

Сотрудничество Яндекса и ЦЕРНа началось в 2011 году, когда мы предоставили ему свои сервера. В 2012 году мы разработали для организации поисковый сервис, который использовался в рамках одного из четырех основных экспериментов ЦЕРНа на Большом адронном коллайдере — Large Hadron Collider beauty experiment (LHCb). В 2013 году ученые-физики получили возможность использовать нашу собственную технологию машинного обучения — Матрикснет. Тогда же Яндекс стал ассоциированным членом европейского Центра ядерных исследований в рамках проекта CERN openlab.



Два года назад в Яндексе выступал Андрей Голутвин, научный консультант директора ЦЕРНа. Это было ровно за день до того, как было официально объявлено об обнаружении бозона Хиггса. А на прошлой неделе Андрей на специальном семинаре рассказал о новом эксперименте SHiP, в котором уже на этапе планирования предполагается использование технологий и знаний Яндекса. Лекция состоит из пяти частей:

  • зачем нужен эксперимент SHiP,
  • проблемы Стандартной модели,
  • как устроен детектор и что он должен измерить,
  • как создаётся международная коллаборация для создания и проведения большого эксперимента,
  • основные этапы эксперимента,
  • что коллаборация SHiP ожидает от Яндекса.

Подробная расшифровка — под катом.

Зачем нужен эксперимент SHiP


Любой физик-экспериментатор пытался в жизни что-то открыть. И идея поиска частиц такого сорта не нова. Вы видите на этом распределении результаты большого количества экспериментов, которые уже пытались их обнаружить. Обычно эти результаты представляются в виде двумерного распределения. По одной оси расположена некая величина, которая характеризует, с какой силой эти новые частицы взаимодействуют с известными частицами, а по другой шкале отложена масса этих частиц. И вот здесь виден результат очень большого количества экспериментов, которые поставили довольно впечатляющие пределы на отсутствие таких частиц.



Оказалось, что Стандартная модель очень хорошо работает и описывает фактически все явления в микромире, физике частиц. И оказывается, этот микромир не очень-то и сложный, несмотря на огромное количество разных экспериментальных частиц. Вы, конечно, все слышали о протонах, нейтронах, электронах, мюонах. На самом деле фундаментальных частиц очень мало. Это так называемые фермионы (всего известно шесть фундаментальных фермионов лептонов и шесть кварков).



Из этих кварков можно построить все остальные мезоны, которые мы сегодня знаем. Взаимодействие между этими фундаментальными фермионами описываются с помощью трех сил:
  • Электромагнитные взаимодействия. Описывают взаимодействия заряженных частиц.
  • Слабые взаимодействия. В них участвуют лептоны ( например, нейтрино, электроны, мюоны. Но электроны и мюоны участвуют еще и в электромагнитных взаимодействиях, потому что они — заряженные), кварки.
  • Сильные взаимодействия. В них участвую кварки. Они нужны, чтобы можно было создать протон и нейтрон.

Итак, есть шесть фундаментальных лептонов – электрон, мюон, тау-лептон и три соответствующих нейтрино. Нейтрино — это частицы с очень маленькой массой. Они участвуют только в слабых взаимодействиях, потому что нейтрино электрически нейтральны.

И есть шесть кварков: up, down, charm, strange, top и bottom. Оказывается, что между свойствами лептонов и кварков очень много общего, и принято говорить, что есть три поколения лептонов и кварков: первое, второе и третье. На самом деле, свойства электрона и нейтрино, свойства мюона и нейтрино, свойства тау-лептона и тау-нейтрино абсолютно одинаковые. Чем они различаются? Только своей массой. Масса мюона примерно в 200 раз больше, чем электрона, а масса тау-лептона в 20 раз больше, чем масса мюона. Почему это так, мы не знаем. То же самое происходит и с кварками. Кварки первого, второго и третьего поколения имеют абсолютно одинаковые свойства, — разные только массы. И почему их масса тоже совершенно разная, мы тоже не знаем.

Взаимодействия, которые испытывают эти фундаментальные фермионы, в физике частиц принято ассоциировать с носителями взаимодействий. Электромагнитные взаимодействия переносятся фотоном, слабые взаимодействия — вот этими тремя бозонами. Фотон — безмассовый, масса этих бозонов — порядка 100г GeV. Безмассовые глюоны переносят сильные взаимодействия.

Фактически все физические процессы, предсказанные стандартной моделью, были подтверждены экспериментально. Единственная частица, которая отсутствовала, но была ею предсказана, — хиггсовский бозон. Дело в том, что уравнения стандартной модели были написаны для безмассовых частиц, а затем Хиггс и еще несколько теоретиков придумали очень элегантный механизм, как с помощью хиггсовского бозона сделать частицы массивными.

image

Это очень интересное распределение, которое показывает массу распределения хиггсовского бозона, — как она набиралась во время обработки данных. И сначала никакого пика не видно. Сегодня-то мы знаем, что хиггсовский бозон есть, и его масса соотвествует вот этому пику и равна примерно 125 GeV. И сегодня мы точно можем утверждать, что эти начальные сообщения о массе Хиггса были правильные.

Оказывается, эта масса очень удивительна. Если хиггс находится в очень узком массовом диапазоне, то может оказаться, что кроме стандартной модели ничего больше и не нужно, что её можно правомерно классифицировать как законченную квантовую теорию поля, которая работает вплоть до планковской шкалы, т.е. она описывает все процессы в микромире. Более того, имея хиггс с этой массой, можно даже описать расширение Вселенной, не прибегая ни к каким другим новым частицам.

Проблемы Стандартной модели

Тем не менее физики продолжают искать то, что принято называть beyond standard model physics или new physics. Почему они это делают? Есть три большие проблемы, которые Стандартная модель не объясняет.

Первая проблема связана с экспериментами в микромире. В начале считалось, что три фундаментальных фермиона безмассовые. Стандартная модель с помощью хиггсовского механизма может дать массу всем остальным фермионам и бозонам, но не нейтрино. Сегодня мы абсолютно точно знаем, что нейтрино имеет массу. Мы не знаем, чему она равна, но мы точно знаем, что между тремя поколениями нейтрино есть разница в массе, и точно измерили разницу двух масс между тремя поколениями нейтрино. Нам нужно придумать механизм того, как дополнить стандартную модель так, чтобы нейтрино получило массу. Учитывая то, с какой массой нашёлся бозон Хиггса, Стандартная модель претендует на звание законченной теории квантового поля. Не хочется изменять её уравнение, придумав дополнительный механизм, как сделать нейтрино массивными.

Вторые две большие проблемы возникают в основном из очень детальных исследований в космологии и астрономии, которые успешно проходили последние 10-20 лет. Сегодня мы точно знаем о наличии тёмной материи. Дело в том, что подавляющая гравитационная масса нашей Вселенной не поглощает и не излучает свет — она невидима. В то же время у нас нет кандидата на частицу тёмной материи среди известных частиц. Поскольку тёмную материю нельзя обнаружить, её частица должна быть электрически нейтральна, — иначе мы бы могли ее увидеть по электромагнитным взаимодействиям, и взаимодействовать она должна очень-очень слабо. В принципе обычное нейтрино могло бы претендовать на роль кандидата в тёмную материю, но мы знаем что она распределена во Вселенной очень неравномерно. Те неоднородности, которые мы наблюдаем во Вселенной, можно связать с очень небольшими неоднородностями в первые моменты после Большого взрыва. Если бы тёмная материя состояла из нейтрино, то из-за того что нейтрино очень-очень легкое, частицы бы разлетались с одинаковой скоростью света и никаких неоднородностей бы не возникло.

Может быть более сложное объяснение. Мы примерно знаем, в каких местах сконцентрирована тёмная материя. Используя язык классической физики, вы можете посчитать массу фермиона. Помните, что это частицы, которые должны удовлетворять принципу Паули — нельзя в одном месте пространства иметь два одинаковых фермиона. И вы можете посчитать массу этого фермиона так, чтобы гравитационная сила, которая стремиться сжать кластеры тёмной материи, чем-то скомпенсировалась. А компенсируется она давлением Ферми. И отсюда вы можете посчитать нижний предел на массу такого фермиона. Он должен быть порядка 1 кэВ, что во много раз больше массы нейтрино. То есть масса нейтрино не может быть тёмной материей, а значит, должно быть что-то еще, что объясняло бы этот огромный космологический эффект.

И, наконец, третья большая проблема стандартной модели. Мы знаем, что когда на ускорителях происходит столкновение, рождается примерно одинаковое количество частиц и античастиц. Это произошло и во время Большого взрыва. Но есть небольшое нарушение симметрии между развитием во времени материи и антиматерии. Мы очень хорошо его измерили в кварках. Это хорошо известное явление, за изучение которого были присуждены две Нобелевские премии. Проблема только в том, что тот эффект, который мы наблюдаем с нейтральными мезонами в кварковом секторе, в 1010 раз меньше того механизма, который необходим, чтобы объяснить отсутствие антиматерии во Вселенной. А сегодня мы знаем, что нижний предел на примесь антиматерии во вселенной очень–очень маленький. Были даже специальные эксперименты на космических кораблях, которые пытались найти следы антиматерии во Вселенной. В общем, нужно что-то делать с этими тремя проблемами.

Фундаментальные фермионы, которые известны стандартной модели, — это три поколения кварков, три поколения лептонов, переносчики взаимодействий и бозон Хиггса.



Одна из очень интересных вещей, которые можно будет сделать в рамках SHiP,– попытаться найти еще три фундаментальных фермиона, так называемые массивные майорановские нейтрино. Они обозначены на этой схеме как N1, N2, N3. И оказывается, что с помощью этих фундаментальных майорановских нейтрино можно объяснить и тёмную материю. Роль кандидата на тёмную материю играла бы N1, масса которой должна быть порядка нескольких килоэлектронвольт. У более тяжёлых N2 и N3 она в диапазоне от 0,5 GeV до 40-50 GeV. И они могут объяснить, как сделать обычное нейтрино массивными, не нарушая уравнение стандартной модели, и очень сильно усилить механизм нарушения симметрии между материей и антиматерией. В создании такой модели, которая называется Neutrino Minimum Standard Model приняло участие довольно большое количество и российских физиков, и иностранных ученых.

Как будет устроен детектор и что он должен измерить?


Как их найти? Для того чтобы найти N1, планируется программа экспериментов в космосе. Если у вас N1 — кандидат на тёмную материю, а масса у нее довольно-таки большая, несколько килоэлектронвольт, она может распадаться на обычные нейтрино, может — на нейтрино и фотон. Важно, чтобы этот распад протекал очень-очень медленно — так, чтобы время жизни было намного больше времени жизни Вселенной. В противном случае все распадется, и это не объяснит тёмной материи. Распад на три нейтрино – это основной распад, но экспериментально его очень трудно обнаружить. А вот распад такого стерильного нейтрино на фотон и обычные электрон и нейтрино можно увидеть в космосе. Поскольку тёмная материя холодная, у вас просто есть двухчастичный распад и нужно искать монолинию в галактическом спектре фотонов. При этом энергетическое разрешение должно быть очень хорошим. Дело в том, что килоэлектровольты — это область рентгеновского спектра. Он очень сильно наполнен линиями от известных элементов, поэтому очень хорошо нам известен. Поэтому чтобы сказать, что новая линия не совпадает ни с одной из известных линий, разрешение вашего прибора должно быть очень хорошим.

Сейчас обсуждается четыре астромиссии, причем запуск Astro-H запланирован на 2015 год. Детектор фотонов, который будет расположен на Astro–H, имеет нужное разрешение. Поскольку тёмная материя окружает нас со всех сторон, идеально было, чтобы он располагался на космическом спутнике и мог сканировать 4π — все области Вселенной. Но, как правило, астрофизические эксперименты нацелены на изучение определенного интервала углов и апертура у них очень узкая. Но у трёх астромиссий, запуск которых обсуждается на 2019 -2020 году, должен быть гораздо более широкий угол обзора.

Чтобы найти частицы N2 и N3, нужны эксперименты на ускорителях. Ожидается, что масса этих частиц находится в районе от 0,5 GeV до 30-40 GeV. Их поиск — это одна из задач эксперимента SHiP. Поскольку вероятность появления таких частиц — очень-очень редкий процесс, нужно обеспечить, чтобы массив данных, где такие частицы могут появляться, был тоже очень-очень большой. Где это можно получить на ускорителях ЦЕРНa? Это цепочка всех ускорителей, которая существует. Эксперимент SHiP предлагается проводить на ускорителе SPS.



Дело в том, что время жизни пучка протонов в большом адроном коллайдере примерно 20 часов. То есть после того как прошла закачка протонов из SPS в большой адронный коллайдер, у вас, грубо говоря, есть 20 часов, чтобы использовать протоны-ускорители SPS для чего-то еще. На самом деле, до недавнего времени эти протоны использовались для рождения обычных нейтрино, и эти нейтрино выводились вот по этой линии и дальше направлялись в специальную подземную лабораторию, которая находится в Италии на расстоянии примерно 750 км от ЦЕРНa. Эти эксперименты закончены, и сегодня реально 70% протонов, которые можно использовать и которые производятся на ускорителе SPS, свободны. И одна из мотиваций эксперимента SHiP — понять, как использовать эти протоны.



Это место где планируется эксперимент SHiP. Он потребует довольно дорогой линии вывода протонов из SPS и довольно большого зала (примерно 20Х20 метров и в длину порядка 100 метров). Создание такой дополнительной инфраструктуры в ЦЕРНe стоит порядка 100-120 млн швейцарских франков. Сейчас будет опубликована первая инженерная проработка такой специальной пучковой линии.



Как должен выглядеть эксперимент SHiP? За каждую секунду можно производить сгусток 5x1013 протонов. И такой вывод можно делать раз в семь секунд. Если эксперимент в такой моде будет работать 3-4 года, то можно набрать, примерно в 2x1020 протонных взаимодействий. Их все надо проанализировать, и найти среди них несколько сигнальных событий. Искаться эти события будут в этой экспериментальной установке, но между местом удара протонов о мишень и установкой должна быть расположена специальная защита, которая позволит поглотить ненужные частицы, чтобы оставить только те, которые очень слабо взаимодействуют и которые пройдут через эту защиту.



Это очень схематичный вид этой установки. Сейчас планируется что длина этого цилиндра будет примерно 50 метров, диаметр — 5 метров. Таким образом, тяжелое майорановское нейтрино, которая родится в результате взаимодействий 2x1020 протонов, с мишенью пролетит через эту защиту, попадет в вакуумный объём и распадется на две другие частицы, например, пион и мюон. Нужно каким-то образом измерить массу этой распадной вершины на пион и мюон и идентифицировать частицы, на которые распалась эта тяжелая нейтрино. Установка не очень сложная, потому что все технологии, которые нужны для ее создания, существуют. Самое сложное в планировании этого эксперимента – очень хорошо понять, как мы сможем убрать фоны от этого огромного числа начальных взаимодействий 2x1020 таким образом, чтобы конечный фон был ноль. Но ноль не бывает, скажем, 0,1 с точностью 1%. Если мы это точно знаем, то каждое сигнальное событие, зарегистрированное в таком эксперименте, будет говорить о том, что это сигнал, а не флуктуация фона.

Чтобы сравнить, что может сделать эксперимент SHiP по сравнению с предыдущими экспериментами опять давайте посмотрим на эту картинку: «Сила взаимодействия этих тяжелых нейтральных нейтрино с обычными нейтрино и масса».



Видно, что область, которую может перекрыть эксперимент SHiP, она перекрывает результаты достигнутые предыдущими экспериментами на несколько порядков. Что в общем-то внушает оптимизм.

Как создаётся международная коллаборация


В октябре 2013 года мы опубликовали предложение этого эксперимента. Там было 12 или 14 авторов. Оно сразу привлекло внимание в ЦЕРНе, и нас пригласили выступить на семинаре перед соответствующим комитетом, который ответственен за то оценку нашей идеи: сколько она стоит, возможно ли ее реализовать. От его рекомендаций все наши дальнейшие шаги и будут зависеть. Мгновенно после этого семинара, который состоялся 23 октяюря, этот комитет SPS (это аббревиатура ускорителя, на котором будет делаться этот эксперимент) назначил команду рефери, которые задали нам довольно много вопросов. Мы ответили на эти вопросы 3 января. А 15 января нам порекомендовали то, что написано на этом слайде. Обратите внимание: существенная часть обведена в рамочку. От нас потребовали написать техническое предложение и показать, насколько большой интерес к этому проекту существует в мире.



Мы создали веб-сайт с деталями эксперимента. Дальше мы провели первый двухдневный митинг коллаборации SHiP. Это было 10-12 июня в Цюрихе. В первый день мы обсуждали физическую программу (какие еще эксперименты, помимо поиска майорановского нейтрино можно еще провести). И второй день был посвящен различным технологиям и вопросам компьютинга, на которые нужно обратить внимание, чтобы написать техническое предложение.

Это был довольно успешный митинг, потому что после него и до сегоняшнего дня к нам поступили предложения от 41-й группы из 15 стран. Из России, Швейцарии, Великобритании, Италии, Франции и от Школы анализа данных Яндекса.



Это примерные этапы этого эксперимента. Сразу скажу, что следующий этап возможен только при одобрении предыдущего этапа соответствующим церновским комитетом. Сейчас мы заняты тем, чтобы рассмотреть все эти предложения от 41 группы, и ответить, кто нам нужен для того, чтобы написать техническое предложение.

Техническое предложение надо написать быстро. Нас попросили сделать это к следующему году. И наш план — опубликовать его в марте 2015 года. Затем нам нужны будут деньги, чтобы начать производство детектора. Мы планируем собрать его и начать набор данных в 2023 году. И тогда, проработав четыре года, можно набрать 2 на 1020 взаимодействий, и, когда мне исполнится 70 в 2027 году, публиковать результаты.

Что нужно отразить в техническом предложении? Нам, конечно, нужно показать, какую еще физику можно сделать помимо поиска вот таких майорановских нейтрино. Нам нужно показать, что этот детектор можно сделать на технологиях, которые сегодня известны. Либо предложить какие-то новые технологии.

И нам нужно предложить некую модель обработки данных. И собственно, почему я сегодня здесь. Сейчас мы находимся на начальном этапе создания проекта, и поэтому, если есть какие-то идеи о новых технологиях, то, конечно, самое время, начать их обсуждать. Потому что когда происходит присоединение группы к эксперименту, который уже находится в зрелом возрасте, убедить людей в правоте или неправоте своих концепций фактически невозможно.

Что коллаборация SHiP ожидает от Яндекса


В чем собственно состоит сложность модели обработки данных эксперимента SHiP? Я не думаю, что когда всё будет сделано и начнется набор данных, этот проект будет связан с требованиями анализа очень большого количества данных. По сравнению с большим адронным коллайдером это будет очень легкий проект. Но для того чтобы спроектировать этот эксперимент, требуется очень грамотная инфраструктура. Потому что мы хотим стартовать с 1020 взаимодействий, среди которых, если нам улыбнется удача, будет 5-10 событий от сигнала. Нам нужно эти 2x1020 взаимодействий превратить в ноль. Используя hardware и software. И для этого очень важна очень дружественная инфраструктура, которая позволит отслеживать, как какой фон был подавлен. И поскольку эта работа будет проводиться большим количеством исследователей из разных стран, то основной запрос состоит в развитии такой модели. И мы очень надеемся на то, что у нас будут все основания принять Школу анализа данных Яндекса в нашу коллаборацию.
Автор: @Zalina
Яндекс
рейтинг 342,44

Комментарии (33)

  • +9
    в ненаблюдаемой нами части Вселенной

    Некорректный оборот. Ненаблюдаемачя часть Вселенной — это на расстоянии около 13 млрд световых лет от нас, там откуда никогда уже не прилетит свет. Тёмная материя находится как раз в наблюдаемой части Вселенной, но сама по себе ненаблюдаема в том смысле, что её можно обнаружить только по косвенным признакам, но не напрямую.
    • +7
      Артём, с Вами не поспоришь :) Исправлю.
    • 0
      А можно, про «откуда никогда уже не прилетит свет» поподробней? Разве мы не увидим, скажем через 2 млрд лет, то что происходило за 15 млрд световых лет от нас?
      • +1
        Через 17 млрд лет от возникновения Вселенной всё ещё нельзя получить свет, который пролетел больше 17 млрд световых лет.
      • +1
        Достоверно известно, что пространство Вселенной расширяется. Т.к. расширение происходит однородно, то зависимость скорости расширениях от расстояния — линейная. Понятно, что при достаточно большом расстоянии скорость расширения превысит скорость света. Соответственно, свет, вылетевший из той точки, никогда до нас не долетит, т.к. Вселенная продолжает расширяться, причём ускоряясь.
        • 0
          А что тогда увидит наблюдатель находящийся в данный момент в точке которую мы наблюдаем на расстоянии 13 млрд световых лет, причем если будет смотреть в противоположную сторону от нас, на точку находящуюся так же за 13 млрд световых лет от него? если вселенная не замкнута, то получается он будет лицезреть тьму?
          • 0
            С учётом того, что понятие «настоящий момент» не применимо при таких расстояниях — увидит примерно то же самое, что видим мы на таком расстоянии (конкретные детяли, понятно, будут отличаться).
          • 0
            Понятие одновременности пропало вместе с появлением теорией относительности. Время течёт для всех наблюдателей по разному. Чтобы в той точке появился наблюдатель и мы могли как-то говорить об одновременности, мы должны были бы синхронизировать часы заранее, а затем разлететься. Тут сразу возникнет вопрос, с какой скоростью мы должны разлететься: если мы будем разлетаться с разной скоростью, то у нас часы разойдутся (опять же проверить, что они разойдутся мы сможем только когда встретимся снова, а если не встретимся, то никак не проверим). Ну и главное, чтобы разлететься на такое расстояние даже со скоростью света, потребуется 13 млрд лет, то есть возраст Вселенной. Поэтому «в данный момент» тут вообще бессмысленно.

            Знаю, очень трудно переключиться на относительность времени, но Вселенная так устроена.
            • 0
              под одновременностью я понимал «одинаковое количество секунд прошедшее с момента Большого взрыва» или для разных частей вселенных это время тоже относительно?

              И плюс зачем двум наблюдателям синхронизироваться, просто есть вероятность, что наблюдаемый сам будет наблюдать в противоположной стороне некий объект, так вот мне и интересно что он там увидит за «видимой нами границе вселенной». Но исходя из предыдущих ответов, можно сделать вывод, о невозможности узнать о его наблюдениях.
              • 0
                Взрыва-то не было, было (по новейшим преставлениям) инфляционное расширение. А время у каждого наблюдателя будет своё — зависит от взаимной скорости.
                • +1
                  а можно про это чуть подробнее? Просто мне почему-то казалось, что инфляция — это то, что происходило в короткое время сразу после взрыва, а не что-то, что заменило саму концепцию взрыва.
    • 0
      Вселенную можно наблюдать на расстоянии до 46 миллиардов световых лет в любом направлении (если ничего не загораживает). Дальше вселенная уже была просто непрозрачна. Самый удаленный объект (найденный на данный момент) за исключением горизонта последнего рассеяния — это не граница наблюдаемой вселенной.
  • 0
    Везде читал, что темная материя и энергия пока что теория, а не 100% доказанный факт, как говорится в статье. То есть в М-теории по-моему можно получить разбегание галактик и т.п. без привлечения темной материи.

    Мне просто сама мысль о темной материи сразу навевает воспоминания о светоносном эфире, который на поверку оказался обычным искривлением пространства-времени.
    • +7
      Бритва Оккама с вами несогласна. Одно дело — некий тяжелый вид нейтрино, который всё сразу объясняет, причём численно. И совсем другое — М-теория с её дичайшей кучей фантастических предположений, в которой состояние «чего-нибудь посчитать» даже не предполагается в перспективе ближайших десятилетий.
      • 0
        В М-теории, насколько я помню, большинство констант, которые в стандартной модели постулируются, выводятся из нескольких базовых. То есть сокращается число параметров. По той же бритве, насколько я понимаю, это предпочтительнее, чем просто говорить, что «заряд электрона равен e».

        Проблема, что на текущем уровне развития технологии М-теория это больше философия, чем научная теория (хотя и для неё нашли какие-то приложения практические, немного, но все же), но мне она кажется перспективнее, чем СМ. Может хочется покататься на де-лориане в параллельные вселенные, может еще что, но она мне импонирует намного больше, несмотря на текущий тупик. Ну а возможно, мне просто Брайн Грин промыл мозги своими видео, и я не хочу воспринимать ничего, кроме этой теории )
        • 0
          К философии ее все-таки относят из-за практически невероятной сложности эксперементальной проверки ее основных постулатов и чрезвычайно широкого спектра предсказаний. Тем не менее — это вполне себе научная теория.

          Кстати малое количество констант в М-Теории выливается в многообразие геометрий(проблема ландшафта), в которых теория способна непротиворечиво существовать, а так же сама зависимость теории от топологии пространства (чего лишена, например, теория квантовой петлевой гравитации).

          Получается, природу не обманешь:) Сокращаем количество параметров — получаем множество топологий и зависимость от геометрии пространства. Имеем множество параметров — с геометрией становится проще, но непонятно почему у них такие значения.
          • 0
            Ну я надеюсь, на том же КК можно будет смоделировать все эти 10^500 возможных ландшафтов и определить нужный (все же экспоненциальный рост мощности по сравнению с классическим компьютером), и определить «наш». Я как раз очень хорошо представляю сложности доказательства М-теории (поэтому она и является «философией» — т.к. доказательства её проверить пока нельзя). Остается надеяться, что квантовый алогритм для подобного перебора существует, и его можно будет применить. Мне очень нравятся следствия и элегантность этой теории, но вот от фразы типа «если М-теория верна» хотелось бы избавиться :) Причем я приму любое направление — как принятие её, так и опровержение, но хочется определенности в её отношении.
            • 0
              Кажется квантовые вычисления не на всех алгоритмах дают существенный прирост производительности и даже в случае большого прогресса в этой области многие вычислительные задачи наверняка могут так и остаться нерешенными.

              Базовые принципы M-Теории безусловно математически красивы, но и без ложки дегтя тоже не обошлось. На мой взгляд, зависимость физики от топологии пространства ничем не лучше подгоночных коэффициентов Стандартной Модели. Сразу возникает вопрос, а почему именно пространства Колаби-Яу, а не что-то еще и почему?

              Кстати, если говорить о «нашем» ландшафте и математической красоте, то мне кажется чертовски красивым и принцип, что «любая математически непротиворечивая физическая теория имеет вероятность материального воплощения». Тогда и проблема ландшафта перестает быть проблемой. И интерпретация Эверетта раскрывается в новом свете. А то что наш вот мир такой какой есть, лишь банальное следствие принципа заурядности.

              Продолжая аналогию, подгоночные коэффициенты в Стандартной Модели для Вселенной можно представить как параметры функции для построения фрактала. Например для простоты рассмотрим множество Мальденброта. Для простой функции в каждой точке комплексной плоскости мы оцениваем является ли итерационная последовательность ограниченной. В результате для некоторого подмножества комплексной плоскости мы получаем наш фрактал, а остальные точки плоскости не представляют собой «ничего интересного». Можно условно считать, что каждая комплексная точка фрактала — это значения базовых коэффициентов в некоторой вселенной, а итерационная последовательность значений функции в этой точке это «эволюция» такой вселенной(точнее там где эта последовательность есть — есть и эволюция). В каких-то точках нет ничего интересного и такие вселенные «мертвы», а в каких-то, судя по анимациям вглубь фрактала, весьма бурная «жизнь»:)
              В результате получаем, что набор коэффициентов, которые создают «живые» вселенные очень большой и не такой уж уникальный. Но в то же время он не случаен и имеет математическое описание.

              Остается узнать что это за функция :)

              Конечно, это не более чем иллюстрация принципа, но она мне кажется тоже весьма интересной аналогией:)
              • 0
                Да, очень любопытно. Попытался себе это представить. Ушел пить чай :)

                Что касается топологии, афайк физики уже давно с Евклидовым не работают. Так что вопрос, почему в таком пространстве, остается и для других теорий :) Просто там он не является основополагающим.
    • 0
      Так проблема не только в одном разбегании галактик. Угловые скорости и орбиты звезд в самих галактиках без привлечения дополнительных масс, в частности, тоже трудно объяснить.
    • +1
      Насколько я понял нынешнюю трактовку темной материи, то со светоносным эфиром она не имеет ничего общего, а представляет из себя субстанцию, которая определяет крупномасштабную структуру вселенной.
      image
      • 0
        По-моему принцип тот же «что-то, чего мы не можем почувствовать, обнаружить и измерить, но оно есть, потому что если его нет, то мы не знаем, как объяснить распространение ЭМИ и гравитации в вакууме/непонятное поведение галактик на больших масштабах» (нужное подчеркнуть). По-моему одно и то же, за исключением последних пары слов.
  • +3
    " когда мне исполнится 70 в 2027 году" — автор текста Голутвин?
    • +1
      Да, под катом — расшифровка лекции. Это было написано на кнопке ката, но, видно, не все обратили внимание. Вынесла это отдельно. Мне в 2027 будет только 40 :)
      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
  • +5
    Из этих кварков можно построить все остальные мезоны, адроны, которые мы сегодня знаем.
    Вообще мезоны — это разновидность адронов, поэтому перечислять их через запятую странно. Имелось в виду «мезоны и барионы»? И «остальные мезоны» странно, ведь кварки — не мезоны и не адроны.
    Слабые взаимодействия. В них участвуют только лептоны.
    Неправда. В слабых взаимодействиях участвуют и кварки тоже. Обычный ядерный бета-распад тому пример. «Лептоны не участвуют в сильных взаимодействиях» — верное утверждение, а ваше — неверное.
    Но электроны и мюоны участвуют еще и в электромагнитных взаимодействиях, потому что они — заряженные кварки.
    Бред. Электроны — не кварки, а лептоны, вы сами это выше сказали.

    И так далее. Похоже, текст писал человек, который абсолютно не разбирается в вопросе. Это очень обидно. Яндекс, найди редактора!
    • +5
      Здравствуйте. К сожалению, здесь лектор немного оговорился, и потому так получилось, — это же практически дословная расшифровка лекции. Коллеги-специалисты обратили внимание на этот момент еще вчера вечером, но, к сожалению, я не успела сразу поправить.
  • 0
    Разве доказано наличие массы у нейтрино? А можно пруф?
    Я-то думал, что есть лишь оценки сверху на массу.
    • +2
      Википедия: «In 1998, research results at the Super-Kamiokande neutrino detector determined that neutrinos can oscillate from one flavor to another, which requires that they must have a nonzero mass.»
      Вот ссылка на первоисточник: arxiv.org/abs/hep-ex/9805021
      • 0
        Спасибо. Судя по всему, экспериментов, которые косвенно подтверждают наличие массы, достаточно много.

        Хотя ссылка на википедии, что вы привели, похоже, не та. В этой статье авторы приводят лишь данные по статистике солнечных нейтрино, но данные по флуктуациям, которые, утверждается, можно объяснить наличием массы, обещают привести позже.
  • 0
    можно даже описать расширение Вселенной, не прибегая ни к каким другим новым частицам. .

    Поясните, как именно? Насколько я понимаю, инфляционное расширение сейчас основывается на идее «dark energy», которая создаёт repulsive gravitational field.

    Ну и весь цикл лекций по состоянию на 2013 год, если кому интересно: ocw.mit.edu/courses/physics/8-286-the-early-universe-fall-2013/video-lectures/
  • +1
    Без этого уж точно не заработает

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

Самое читаемое Разное