Fizicienii au propus o nouă teorie care ar putea rezolva cinci probleme majore din fizica modernă, adică materia întunecată, oscilațiile neutrinilor, bariogeneza, inflația cosmică şi încălcarea simetriei CP.

Noua teorie, denumită SMASH, sugerează că pentru a rezolva toate aceste probleme din fizica modernă, trebuie să mai adăugăm 6 particule noi în Modelul Standard, iar fizicienii care au propus această teorie afirmă că aceasta poate fi testată.

Noul model teoretic a fost dezvoltat de o echipă de fizicieni francezi și germani, care afirmă că Modelul Standard nu trebuie schimbat radical, ci doar completat cu câteva particule noi.

Această afirmaţie este surprinzătoare, deoarece alte teorii care au fost concepute pentru a explica misterele mecanicii cuantice, cum ar fi supersimetria, necesită adăugarea în Modelul Standard a sute de noi particule despre a căror existenţă nu avem deocamdată nicio dovadă.

Cu toate acestea, teoria SMASH necesită adăugarea a doar șase particule noi: trei neutrini, un fermion și un câmp care include două particule. În fizică, un câmp este o entitate fizică sau matematică care are o valoare pentru fiecare punct în spațiu și timp, iar o particulă este o stare excitată a acestui câmp.

Iată în continuare care sunt cele cinci probleme fundamentale din fizica modernă pe care, afirmă fizicienii, teoria SMASH le poate rezolva:

1. Materia întunecată

În prezent există dovezi că 26-27% din Univers este format dintr-un tip neidentificat de materie. Deşi se poate detecta efectul gravitaţional al acesteia, materia întunecată nu poate fi observată în mod direct, deoarece se pare că aceasta nu emite nicio formă de radiație.

După ani de căutări, fizicienii încă nu ştiu din ce este formată materia întunecată, dar știu că prezența acesteia este esențială pentru stabilitatea Universului.

2. Oscilațiile neutrinilor

Anul trecut, doi fizicieni au primit Premiul Nobel pentru Fizică datorită faptului că au dovedit că neutrinii pot să se transforme dintr-un anumit tip de neutrin într-alt tip de neutrin.

Deoarece numai particulele cu masă pot să „oscileze”, neutrinii trebuie să aibă masă, iar acest lucru reprezintă o problemă pentru Modelul Standard, pentru că nimeni nu știe de unde provine de fapt masa neutrinilor.

Simularea producerii bosonului Higgs

Simularea producerii bosonului Higgs. Credit: CERN

Masa neutrinului s-ar putea datora bosonului Higgs, dar ea s-ar putea datora, de asemenea, existenţei unei alte particule pe care încă nu am descoperit-o.

3. Bariogeneza

Această problemă majoră din fizică, care a rămas nerezolvată, poate fi rezumată destul de simplu: De ce în Universul observabil există mai multă materie decât antimaterie?

În conformitate cu Modelul Standard, în urma evenimentului Big Bang s-ar fi produs cantități egale de materie și antimaterie. Din moment ce acestea se anihilează reciproc, atunci când intră în contact, rezultă că acest lucru ar fi dus la formarea unui Univers fără particule, doar cu radiații.

Deoarece în Univers există o mulțime de particule înseamnă că ceva este în neregulă cu acest scenariu, mai ales că materia este dominantă în Univers în raport cu antimateria.

4. Inflația cosmică

În general se consideră că într-o fracțiune de secundă după Big Bang, Universul a trecut printr-o perioadă de expansiune accelerată denumită inflație cosmică. Deşi cei mai mulți fizicieni acceptă această ipoteză, nimeni nu a reuşit să înţeleagă care a fost mecanismul responsabil pentru această expansiune accelerată a Universul, care s-a produs cu o viteză mai mare decât viteza luminii.

5. Încălcarea simetriei CP

Descrisă ca o „problemă serioasă a Modelului Standard”, încălcarea simetriei CP ne ajută să explicăm de ce există mai multă materie decât antimaterie în Univers, dar aceasta aduce cu ea propriile sale mistere nerezolvate.

Încălcarea simetriei CP nu se aplică în cromodinamica cuantică, care se referă la interacțiunile dintre quarcuri și gluoni, iar momentan nu s-a găsit nicio explicație clară pentru această constatare.

Soluția?

Teoria SMASH se bazează pe un model teoretic propus de fizicianul Mikhail Shaposhnikov de la Swiss Federal Institute of Technology din Lausanne în anul 2005, denumit νMSM (neutrino minimal standard model). Atunci s-a sugerat că prin extinderea Modelului Standard cu încă trei neutrini, având o anumită masă, s-ar putea explica materia întunecată, asimetria Universului și oscilația neutrinilor.

În prezent, o echipă de cercetători, condusă de fizicianul francez Guillermo Ballesteros de la University of Paris-Saclay, susţine că putem adăuga trei neutrini noi la cei trei neutrini deja existenţi în Modelul Standard, plus o particulă subatomică de tipul fermion, pentru a rezolva primele patru probleme enumerate mai sus.

Se pare că prin adăugarea unui nou câmp se va putea rezolva şi a cincea problemă, după cum explică Shannon Hall pentru New Scientist:

„Teoria SMASH adaugă un nou câmp pentru a explica unele dintre aceste probleme într-un mod diferit, iar acest câmp include două particule: axionul, un candidat pentru particula materiei întunecate şi inflatonul, particula din spatele inflaţiei cosmice.

În plus, teoria SMASH folosește acest nou câmp pentru a furniza o soluţie pentru a cincea problemă: încălcarea simetriei CP”.

Cercetătorii afirmă că ipoteza lor ar putea fi testată folosind următoarea generaţie de acceleratoare de particule, ceea ce înseamnă că această teorie este mai convingătoare decât alte teorii propuse în trecut pentru rezolvarea problemelor amintite din fizica modernă.

„Cel mai bun lucru în legătură cu această teorie este că aceasta poate fi testată sau verificată în următorii 10 ani “, afirmă Andreas Ringwald, un membru al echipei de fizicieni, de la German Electron Synchrotron.

„Se pot inventa mereu noi teorii, dar dacă acestea pot fi testate în 100 de ani sau niciodată, atunci înseamnă că nu este vorba despre știință adevărată, ci despre metaștiință”.

Deocamdată nu ştim dacă pe baza acestei teorii se va găsi soluția finală pentru cele cinci mari probleme din fizica modernă de mai sus, dar cu siguranţă aceasta poate deschide noi direcţii de cercetare.

Sursă: Science Alert