Potvrdí model SMASH experimenty? Kredit: CMS / ATLAS.

Ve fyzice jsme už leccos vyřešili. Ale nemusíme být zklamaní, stále ještě spousta záhad zbývá. Teoretický fyzik Guillermo Ballesteros z francouzské Université Paris-Saclay a jeho kolegové se k tomu rozhodli přistoupit prakticky. Navrhli model, který neřeší jeden takový problém anebo dva, ale hned pět, což jistě stojí za uznání. Jejich model SMASH (Standard Model Axion Seesaw Higgs portal inflation model) se snaží řešit problém s 1. temnou hmotou, 2. oscilacemi neutrin, 3. baryogenezí – čili záhadou s nadbytkem hmoty nad antihmotou, 4. kosmologickou inflací a také 5. CP problém silných interakcí – podle něhož není v silných interakcích porušována CP symetrie (levopravá symetrie částic kombinovaná se symetrií částice/antičástice), ačkoliv by podle kvantové chromodynamiky měla být.

Guillermo Ballesteros. Kredit: Université de Genève.

Na jeden model to není právě málo, ale Ballesteros a jeho kolegové si věří. Jejich SMASH vychází ze Standardního modelu částicové fyziky, k němuž ovšem přidává pár dalších vylepšení. Je to vlastně docela pochopitelné. Standardní model není špatný. Vysvětlí leccos. Ale naprostou většinu vesmíru asi tvoří temná hmota a my netušíme, co je zač. Také to vypadá, že se vesmír nehorázným způsobem nafoukl během epizody, které říkáme kosmologická inflace, a opět netušíme proč. Jak říká Mikhail Shaposhnikov ze Švýcarského federálního technologického institutu v Lausanne (EPFL), ve Standardním modelu očividně něco chybí. Zřejmě nějaké částice. Otázkou podle Shaposhnikova je, kolik nových částic vlastně potřebujeme.

Mikhail Shaposhnikov. Kredit: EPFL.

Některé populární modely, jako například supersymetrie, přidávají ke Standardnímu modelu stovky nových částic. Potíž je ovšem v tom, že jsme zatím žádnou z takových částic neobjevili na LHC a dalších experimentech. Naproti tomu model SMASH přidává jenom šest nových částic – tři neutrina, jeden fermion a pole, které zahrnuje další dvě částice. Podle Shaposhnikova je to rozumné. Není špatné začít se střídmým počtem nových částic, a pak v případě potřeby přidávat další.

Université Paris-Saclay

Model SMASH vlastně míchá několik dřívějších teorií dohromady. Staví především Shaposhnikově modelu z roku 2005, který k existujícím třem neutrinům zavádí tři nová neutrina. Autoři modelu SMASH si tento model upravili a zavádějí nové pole, které tvoří dvě pozoruhodné částice. Jednou z nich je axion, nejedním fyzikem považovaný za černého koně mezi kandidáty na temnou hmotu, a tou druhou je inflaton, částice, která by měla pohánět kosmologickou inflaci.

Autoři nového modelu věří, že SMASH bude možné ověřit v dohledné době, tak asi do 10 let. Například, model SMASH předpovídá axion, který by měl být asi 10 miliardkrát lehčí, nežli elektron. Částici takové velikosti by mohl objevit například experiment CULTASK, který právě běží v Jižní Koreji anebo připravované experimenty s cool názvy – americký ORPHEUS nebo německý MADMAX. Velká hra částicové fyziky o osud vesmíru rozhodně nekončí. Jak říká Andreas Ringwald z německého DESY v Hamburku, „the battle is open“. 

Video:  Guillermo Ballesteros - The effective theory of fluids and dark energy


Literatura
NewScientist 27. 10. 2016, arXiv:1608.05414.