Гамма-вспышки приближают учёных к созданию общей теории всего

В физике есть такая теория, которая имеет название «теория всего». Она призвана объединить между собой природу четырёх фундаментальных взаимодействий – сильного, слабого, электромагнитного и гравитационного. Однако до сих пор она как следует не проработана – не хватает экспериментальных данных.

И вот теперь, похоже, появилась новая информация, которая сможет продвинуться на ещё один шаг к созданию такой «теории всего».

Свет, который поступает от наиболее мощных энергетических источников нашей Вселенной, глубже позволяет исследовать учёным природу пространства-времени. Учёным довелось наблюдать за так называемыми гамма-вспышками с помощью аппарата Icaros, принадлежащего агентству авиакосмических исследований (JAXA), Япония. Гамма-кванты (высокоэнергетические фотоны), которые высвобождаются в ходе подобного рода вспышек, помогут наложить новые ограничения на объединённую модель всех важнейших природных сил – то есть, рамки «общей теории всего» сузятся, а это облегчит работу учёных в дальнейшей проработке этой теории.

Как известно, есть четыре основных разновидности физических полей, отвечающих за фундаментальные взаимодействия. Поле ядерных сил отвечает за сильное взаимодействие. Оно помогает протонам и нейтронам удерживаться в ядрах атомов, а также кваркам внутри этих самых протонов и нейтронов. Оно удивительно сильное, но и очень короткодействующее в пространстве – сила распространяется в радиусе, соразмерном радиусам ядер атомов. «Слабое» поле отвечает за слабое взаимодействие – именно благодаря ему происходит, например, распад нестабильных атомов, ядер и некоторых «элементарных» частиц. Электромагнитное поле, включая и видимый свет, помогает удерживаться электронам вокруг ядер атомов, и вообще, способствует притяжению носителей отрицательного и положительного заряда друг к другу и удерживанию их, а также существованию электрического тока. Это поле слабее, чем два предыдущих, но оно гораздо более дальнедействующее. Именно оно отвечает за электромагнитное взаимодействие. И, наконец, самое слабое поле –гравитационное, или поле всемирного тяготения, отвечает за гравитационное взаимодействие. Оно хоть и слабее всех остальных, но и наиболее дальнедействующее.

Поля, как материальные объекты, состоят из частиц – квантов. Так, электромагнитное поле состоит из фотонов.

Учёным уже удалось объединить некоторые взаимодействия. Например, сначала была создана теория общего электрослабого взаимодействия, а позже – «электрослабосильного». Когда объединят с последним, гравитационным, полем, это и будет «теория всего».

Зачем это учёным надо? Мало того, что разные виды полей могут переходить друг в друга, так и поле в целом может превращаться в другой вид материи – вещество. То есть, нет чёткой, «запретной», грани между веществом и полем. Это доказано экспериментально.

И вот теперь гигантские взрывы, которые происходят при гибели массивных звёзд либо столкновениях между собой нейтронных звёзд и сопровождаемые гамма-вспышками, помогут в решении вопроса. Изучая поляризацию световых фотонов, идущих от гамма-вспышек, учёный Кенжи Тома с командой не обнаружил вращение плоскости поляризации фотонов. Это свидетельствует в пользу теории суперструн, а она в свою очередь поможет привести к объединению взаимодействий (при этом частицы рассматриваются как петли, сгустки этих струн).

Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.