В настоящее время существует множество конфликтующих между собой научных моделей и физических теорий, и объединение всего этого в единую "Всеобщую теорию всего" является одной из главных, если не сказать, самой главной из задач, стоящих перед современной наукой. И недавно, космическая рентгеновская обсерватория Chandra X-ray Observatory провела обзор, в рамках которого были произведены поиски первых экспериментальных доказательств универсальной теории, поиски одной гипотетической частицы, которая может стать связующим звеном, позволяющим соединить все теории в одну объединенную.
Стандартная Модель физики элементарных частиц достаточно хорошо объясняет и описывает "работу Вселенной" в масштабе атомов, ядер и отдельных частиц, но когда масштаб происходящего увеличивается до микро- и макро-масштаба, эта модель буквально разваливается. Одна из самых больших "дыр" в Стандартной Модели - это отсутствие описания и ее привязки к силам гравитации.
На другом конце ряда физических теорий находится Общая теория относительности Альберта Эйнштейна, которая отлично подходит для описания всего происходящего на уровнях отдельных планет, звездных систем, галактик и скоплений галактик. К сожалению, эта теория также разваливается, когда все происходящее начинает сталкиваться со странностями и причудливыми законами квантового мира.
Несмотря на множество усилий в данном направлении, объединение этих двух теорий в одну универсальную стройную теорию, не содержащую конфликтов, так и не увенчался успехом за все время существования этой проблемы. И это несмотря на то, что к данной задаче приложили свои усилия такие величайшие умы современности, как Эйнштейн и Стивен Хокинг.
В научном мире существуют также альтернативные теории, наиболее важной из которых считается так называемая теория супер-струн. Основой этой теории является предположение, что каждая элементарная частица, о которой мы сейчас думаем, как о бесконечно малой "точке", является на самом деле "одномерной" струной, толщина которой стремится к нулю. И свойства частицы, такие, как ее энергия и масса, определяются параметрами колебаний супер-струны.
Более того, в науке существует множество вариаций струнной теории, одни из этих вариаций более правдоподобны, другие выглядят совсем уж фантастически. Но главной проблемой является то, что на нынешнем уровне развития технологий практически невозможно найти прямые доказательства всех этих теорий, и многие ученые попросту их игнорируют, как бессмысленные в настоящее время.
Однако, в последнее время все же начали появляться некоторые возможности получения доказательств теории супер-струн. Эта теория предсказывает возможность существования странных гипотетических частиц, называемых аксионами, которые имеют крошечную массу и которые могут превращаться в фотоны при прохождении через магнитные поля. Более того, обнаружение аксионов может указать ученым на новые, неизведанные пока области физики, при помощи которых можно будет объединить в одно целое все существующие теории.
Поиски аксионов были выполнены международной группой ученых при помощи космической рентгеновской обсерватории Chandra, объектив которой был сфокусирован на скоплении Персея, скоплении галактик, находящегося на удалении 240 миллионов световых лет от Земли. Если аксионы существуют в природе, то их превращение в фотоны должно вызывать характерные искажения, заключенные в энергии рентгеновских лучей, источником которых является скопление Персея.
"Многим может показаться странным, что для поиска крошечных аксионов используются такие гигантские космические объекты, как скопления галактик. Но на самом деле, скопления являются идеальным местом для таких поисков" - рассказывает Дэвид Марш (David Marsh), ведущий исследователь, - "Практически все пространство этих скоплений пронизано сильнейшими магнитными полями, простирающимися на огромные расстояния. И в недрах таких скоплений присутствует достаточное количество ярких источников рентгеновского излучения. Оба этих фактора значительно повышают вероятность обнаружения случаев превращения аксионов в фотоны света, микроволнового или рентгеновского излучения".
Исследовательская группа изучила набор данных, собранный обсерваторией Chandra за пять дней наблюдений. В частности, этот телескоп измерял энергию рентгеновских лучей в нескольких диапазонах, а источником этих лучей являлась огромная черная дыра, расположенная почти в самом центре скопления. И если аксионы существуют, то они, превращаясь в фотоны, должны вносить искажения в рентгеновские лучи, уровень которых достаточен ля обнаружения датчиками обсерватории Chandra.
К сожалению, ученым так и не удалось найти даже следов искомых искажений. Но это еще не является полным опровержением возможности существования аксионов, просто, по мнению ученых, эти аксионы могут иметь большую массу и энергии, чем было принято считать ранее. И это существенно затрудняет и уменьшает количество превращений этих частиц в фотоны.
Отметим, что данные исследования являются далеко не единственным экспериментом, направленнымна поиски аксионов и не принесшим никаких положительных результатов. Во время других экспериментов ученые пытались найти следы аксионов в своеобразных электромагнитных колебаниях в облаках плазмы, в колебаниях вращения нейтронов, в магнитных полях, возникающих там, где их быть не должно, и т.п. И объединение результатов всех этих экспериментов позволят сузить область поиска, что должно облегчить проведение очередных экспериментов.
Если в будущем ученым все же удастся найти аксионы, это поможет решить множество проблем современной физики. Мало того, что эти частицы станут доказательствами теории супер-струн, они также являются одними из кандидатов на звание частиц темной материи. Это, в свою очередь, позволит ученым найти ответ еще на один фундаментальный вопрос - почему в нынешней Вселенной количество обычной материи значительно превышает количество антиматерии, ведь во время Большого Взрыва они образовались в приблизительно равных количествах.