Еще в 1920-х годах, пытаясь объединить силы гравитации и электромагнетизма, Теодор Калуца и Оскар Кляйн размышляли о существовании дополнительного измерения за пределами знакомых трех пространственных измерений и времени, которые в физике объединены в четырехмерные. пространство-время. Если он существует, такое новое измерение должно быть невероятно крошечным и незаметным для человеческого глаза. В конце 1990-х эта идея пережила выдающийся ренессанс, когда было осознано, что существование пятого измерения может разрешить некоторые из глубоких открытых вопросов физики элементарных частиц. В частности, Юваль Гроссман из Стэнфордского университета и Матиас Нойберт, в то время профессор Корнельского университета, показали в широко цитируемой публикации, что встраивание Стандартной модели физики элементарных частиц в 5-мерное пространство-время может объяснить до сих пор таинственные закономерности, наблюдаемые в массы элементарных частиц.
Еще 20 лет спустя группа Матиаса Нойберта – с 2006 года на факультете Университета Йоханнеса Гутенберга в Майнце (Германия) и представителя PRISMA + Cluster of Excellence – сделала еще одно неожиданное открытие: они обнаружили, что 5-мерные уравнения поля предсказал существование новой тяжелой частицы со свойствами, аналогичными знаменитому бозону Хиггса, но с гораздо большей массой – настолько тяжелой, что ее невозможно получить даже на коллайдере частиц с самой высокой энергией в мире: Большом адроне Коллайдер (LHC) в Европейском центре ядерных исследований ЦЕРН недалеко от Женевы (Швейцария). «Это был кошмар, – вспоминает Хавьер Кастеллано Руис, аспирант, участвовавший в исследовании, – нас вдохновляла идея о том, что наша теория предсказывает новую частицу, но оказалось невозможным подтвердить это предсказание ни в одном обозримом эксперименте."
Объезд через пятое измерение
В недавней статье, опубликованной в European Physical Journal C, исследователи нашли впечатляющее решение этой дилеммы. Они обнаружили, что предложенная ими частица обязательно будет посредником новой силы между известными элементарными частицами (наша видимая Вселенная) и загадочной темной материей (темный сектор). Даже обилие темной материи в космосе, наблюдаемое в астрофизических экспериментах, можно объяснить их теорией.
Это предлагает новые захватывающие способы поиска составляющих темной материи – буквально через обходное измерение – и получения подсказок о физике на очень ранней стадии истории нашей Вселенной, когда темная материя была произведена. "После многих лет поиска возможных подтверждений наших теоретических предсказаний мы теперь уверены, что обнаруженный нами механизм сделает темную материю доступной для предстоящих экспериментов, поскольку свойства нового взаимодействия между обычной материей и темной материей – опосредовано предложенной нами частицей – может быть точно рассчитано в рамках нашей теории », – говорит Маттиас Нойберт, глава исследовательской группы. "В конце концов – на что мы надеемся – новая частица может быть обнаружена первой благодаря ее взаимодействию с темным сектором."Этот пример прекрасно иллюстрирует плодотворное взаимодействие экспериментальной и теоретической фундаментальной науки – отличительную черту PRISMA + Cluster of Excellence.