Ученые физики высоких энергий (группа HEP) из Университета Витватерсранда (Витса) в Йоханнесбурге предсказали существование нового бозона, который может помочь нам в понимании темной материи Вселенной. Используя данные, полученные из серии экспериментов, которые привели к открытию бозона Хиггса в Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) в 2012 году, группа создала так называемую гипотезу Мадала, описывающую новый бозон Мадала.

Эксперимент повторили в 2015 и 2016 году после двух с половиной лет передышки на Большом адронном коллайдере. Данные, представленные экспериментами БАК в 2016 году, подтвердили те особенности в данных, которые привели к появлению гипотезы Мадала.

«На основании ряда признаков и особенностей данных, представленных экспериментами на БАК и собранных к концу в 2012 году, группа HEP в сотрудничестве с учеными из Индии и Швеции сформулировали гипотезу Мадала», говорит профессор Брюс Мелладо, руководитель группы HEP в Витсе.

Гипотеза описывает существование нового бозона и поля, подобно бозону Хиггса. Однако, если бозон Хиггса в Стандартной модели физики взаимодействует лишь с известной материей, бозон Мадала взаимодействует с темной материей, которая составляет порядка 27% Вселенной.

«Сегодня физики находятся на перепутье, подобное тому, что было во времена Эйнштейна и отцов квантовой механики», говорит Мелладо. «Классическая физика не смогла объяснить ряд явлений, и, как следствие, ей понадобилась революция с применением новых концепций, таких как относительность и квантовая физика. Это привело к созданию той современной физики, которая нам известна сегодня».

Теория, которая лежит в основе понимания фундаментальных взаимодействий в природе и современной физики, называется Стандартной моделью. С открытием бозона Хиггса на БАК в 2012 году, за которое присудили Нобелевскую премию по физике в 2013 году, Стандартная модель физики в настоящее время завершена. Тем не менее эта модель не описывает некоторые явления, вроде темной материи.

Вселенная состоит из массы и энергии. Масса, к которой мы можем прикоснуться, которую можем почуять и увидеть, ее может объяснить бозон Хиггса. Однако на нее приходится всего 4% от общей массы-энергии Вселенной. Остальная часть массы Вселенной просто неизвестна, но все же составляет порядка 27% мира вокруг нас. Следующим большим шагом для физики фундаментальных взаимодействий будет понимание природы темной материи во Вселенной: из чего она состоит? Как много различных типов частиц она включает? Как они взаимодействуют между собой? С известной материей? Что могут рассказать об эволюции Вселенной?

Открытие бозона Хиггса на БАК открыло дверь к еще более удивительным открытиям, вроде наблюдений новых бозонов, связанных с силами и частицами, ранее неизвестными. Эти новые частицы могут объяснить, откуда берется неизвестная материя во Вселенной. Отсутствие частиц, указывающих на темную материю, развязывает руки теоретикам, вроде создателей гипотезы Мадала.