В реликтовом излучении Вселенной заподозрили намеки на «новую физику»

Астрофизики выяснили, что в реликтовом излученим Вселенной – своеобразном микроволновом «эхе» Большого взрыва – есть намеки на нарушение так называемой пространственной четности. Так называют одно из фундаментальных свойств мироздания, которое не предсказывает Стандартная модель. Статью с описанием работы принял к публикации научный журнал Physical Review Letters, препринт авторы опубликовали в электронной научной библиотеке arXiv.

«Пока мы не можем со 100%-й уверенностью сказать, что нашли полноценные свидетельства существования «новой физики». Для этого нам не хватает статистической достоверности. Но мы рады, что смогли одновременно провести замеры, которые раньше считались невозможными, и открыть потенциальные намеки на «новую физику», – рассказал один из авторов статьи, ведущий научный сотрудник Физико-математического института имени Кавли (IPMU) Эйитиро Комацу.

В последние годы астрономы и физики пытаются узнать, как проходила эволюция мироздания в первые мгновения его существования. Для этого они изучают так называемое реликтовое излучение. Оно представляет собой своеобразное микроволновое «эхо» Большого взрыва, в неоднородностях и физических свойствах которого сохранилась информация о том, как была устроена материя в то время.

Некоторые свойства реликтового излучения астрофизики уже изучили с помощью орбитальных обсерваторий Planck и WMAP. Однако другие характеристики пока остаются предметом споров. Яркий пример – уровень поляризации реликтового излучения, то есть насколько сильно его волны «закручены» в одну или другую сторону.

Еще в 2014 году ученые из проекта BICEP2 заявили, что измерили бета-поляризацию реликтового излучения – один из двух вариантов закрученности волн «эха» Большого взрыва. Однако впоследствии выяснилось, что источником зафиксированных ими сигналов на самом деле были частицы пыли в диске Млечного Пути. Эта неудача заставила ученых повторно проанализовать данные и придумать, как впредь учитывать подобные помехи.

В поисках «новой физики»

«Мы разработали новую методику, благодаря которой мы можем максимально точно оценить, насколько сильно пыль Млечного Пути влияет на измерение поляризации реликтового излучения. Благодаря этому мы удвоили качество данных и впервые измерили, как темная материя и энергия влияют на его бета-поляризацию», – пояснил второй автор работы, физик из Организации по изучению высокоэнергетических ускорителей (KEK) (Япония) Юто Минами.

Минами и Комацу применили эти подходы для повторного анализа данных, которые научная команда обсерватории Planck опубликовала в 2018 году. Благодаря этому они впервые относительно точно измерили уровень бета-поляризации реликтового излучения. Затем ученые использовали эти данные, чтобы проверить, нарушают ли темная материя и энергия одно из важнейших фундаментальных свойств Вселенной – так называемый принцип четности.

Его смысл заключается в том, что если зеркально отразить Вселенную, то отражение должно вести себя абсолютно так же, как и оригинал. Ученых давно интересует, нарушают ли этот принцип темная материя и темная энергия. Это может указать на существование «новой физики» за пределами Стандартной модели – теории, которая описывает большую часть взаимодействий всех известных науке элементарных частиц.

Подсчеты японских ученых показывают, что с вероятностью 99,2% темная материя и темная энергия действительно нарушают принцип четности. Это очень серьезный намек на то, что «новая физика» действительно существует. Тем не менее, для того, чтобы окончательного это доказать, нужно достичь уровня статистической достоверности в 99,995%. Для этого ученым нужно накопить гораздо больше данных наблюдений за реликтовым излучением.

Комацу и Минами надеются, что эти недостающие данные уже в ближайшие годы получат чилийская обсерватория ACT, которую построили в пустыне Атакама специально для наблюдений за «эхом» Большого взрыва, а также телескопы POLARBEAR и BICEP2. Если нарушение принципа четности удастся подтвердить, это одновременно докажет, что «новая физика» существует, и при этом прояснит природу темной материи и энергии, резко сократив число теорий, которые объясняют их существование, подытожили ученые.