Sciencemag.cz
Doporučujeme
Fyzika za standardním modelem. Mění se rychlost světla nebo poměr hmotnosti protonu a elektronu? Temná hmota.
Donedávna sa predpokladalo, že fyzikálne konštanty sú konštantné, a teda nemenné. Avšak viaceré teórie, napríklad teória o tmavej hmote, predpovedajú, že hodnoty niektorých fundamentálnych konštánt môžu oscilovať. Týka sa to konštanty μ [mi], ktorá predstavuje pomer hmotností protónu a elektrónu, ale aj konštanty jemnej štruktúry, ktorú Richard P. Feynman, označil za najtajomnejšiu záhadu modernej fyziky. Zásadnej otázke, či sú fundamentálne fyzikálne konštanty naozaj konštantné, sa výskumne venuje Lukáš F. Pašteka z Univerzity Komenského v Bratislave s medzinárodným tímom, ktorého práca vyšla nedávno v prestížnom časopise Physical Review Letters.
„V našej práci navrhujeme novú metódu, ktorá by mohla viesť k prvej úspešnej detekcii tmavej hmoty alebo prvému zmeraniu zmien fundamentálnych konštánt a posunúť tak naše chápanie vesmírnej evolúcie,“ vysvetľuje fyzik Lukáš F. Pašteka. Výskum javov, ktoré sa vymykajú tzv. štandardnému modelu časticovej fyziky, predstavuje v súčasnosti jednu z najvzrušujúcejších oblastí modernej fyziky, dodáva Pašteka.
Testovanie skutočnej konštantnosti fundamentálnych konštánt, ako napr. rýchlosť svetla, je prominentným smerom v hľadaní „novej fyziky“. Hodnoty týchto konštánt môžu byť rozdielne v rôznych oblastiach vesmíru alebo môže dochádzať k ich vývoju v čase, prípadne drobné odchýlky môžu byť spôsobené lokálne interakciou so všadeprítomnou, ale neviditeľnou tmavou hmotou. Dosiaľ sa na hľadanie týchto zmien používali experimenty s atómovými hodinami a laserovou spektroskopiou. Tieto merania však zatiaľ nedokázali s úspechom zachytiť žiadne zmeny v hodnotách konštánt, poskytli iba ohraničenia pre možný výsledok.
„Výrazne vyššiu presnosť meraní by bolo možné dosiahnuť práve metodológiou, ktorú navrhujeme v našej práci, a to pomocou prístrojov laserovej interferometrie alebo hmotnostnej rezonancie, ktoré sú dnes používané pri detekcii gravitačných vĺn,“ hovorí Lukáš F. Pašteka. Metóda je založená na meraní malých zmien v rozmeroch kryštálov spôsobených zmenami hodnôt fundamentálnych konštánt. „Dôkladne sme analyzovali rôzne typy materiálov, napríklad zlato či germánium, a to, ako sa mení ich štruktúra pod vplyvom zmien v sile elektromagnetickej interakcie a pomeru hmotností protónu a elektrónu,“ vysvetľuje ďalej fyzik z UK.
Ak by sa podarilo potvrdiť, že fundamentálne konštanty sa menia naprieč vesmírom, pomohlo by to v ďalšom smerovaní k teoretickému popisu novej fyziky za hranicou súčasného štandardného modelu s cieľom nájsť tzv. teóriu všetkého. Je niekoľko javov, ktoré sú zatiaľ štandardným modelom nepopísateľné. „Vieme, že fyzikálnych konštánt máme akosi priveľa. V ideálnom prípade by sme chceli dosiahnuť jedinú teóriu s čo najmenším množstvom parametrov (fyzikálnych konštánt), ktorá by popisovala všetky fyzikálne procesy. Veľká časť úsilia modernej fyziky je venovaná práve hľadaniu teórie všetkého,“ približuje Lukáš Pašteka. A jednou z ciest je práve dôkladné skúmanie javov, ktoré sa vymykajú štandardnému modelu.
Navyše, ak sú fyzikálne konštanty premenné v priestore, vysvetľovalo by to, prečo sú v našom okolí všetky konštanty „naladené“ presne tak, aby to umožňovalo vznik života. Fyzikálne konštanty sú totiž nastavené vo veľmi delikátnej rovnováhe tak, že vytvárajú podmienky pre vznik hviezd, planetárnych systémov a života samotného. Stačí, aby sa niektoré z nich zmenili len o pár percent, a nebola by napríklad udržateľná jadrová reakcia poháňajúca hviezdy alebo by sa nevytvárali atómy uhlíka, ktoré sú základom všetkej biologickej hmoty. Život tak vznikol len v tej časti vesmíru, kde sú podmienky pre jeho vznik priaznivé.
