Рубрики 
Стандартную модель физики частиц иногда называют «теорией почти всего». Это лучший набор уравнений на сегодняшний день, описывающий фундаментальные частицы Вселенной и то, как они взаимодействуют. Тем не менее у этой теории есть бреши. Она не дает адекватного объяснения гравитации, не может объяснить асимметрию материи и антиматерии в юной Вселенной; частицы темной материи или темная энергия для нее вообще не существует.
Теперь у ученых есть новый инструмент, который поможет в поисках физики за пределами хорошей, но неполной Стандартной модели. Международная команда ученых разработала и испытала магнитный экран, который впервые сможет создать чрезвычайно низкое магнитное поле в большом объеме. Это устройство обеспечивает магнитное экранирование в 10 раз лучше, чем любые предыдущие экраны. Его рекордная производительность позволит ученым измерять определенные свойства фундаментальных частиц с высоким уровнем точности — а это, в свою очередь, может выявить доселе скрытую физику и направить их в сторону поиска новых частиц.
Работа, описывающая новый магнитный экран, появилась в Journal of Applied Physics.
Высокоточные измерения являются одним из трех пределов, затрудняющих поиск физики за пределами Стандартной модели, говорит Тобиас Линс, работавший над новым магнитным экраном в исследовательской лаборатории Питера Фирлингера в Техническом университете Мюнхена в Германии. Точные измерения дополняют другие методы поиска новой физики, включая сталкивание частиц в коллайдере с целью производства новых, высокоэнергетических частиц, и вглядывание в космос с целью уловить сигналы юной Вселенной.
«Точные эксперименты могут исследовать природы в энергетических рамках, которые недоступны на текущем и следующем поколении экспериментов с использованием коллайдеров», — говорит Линс. Это потому, что существование экзотических новых частиц может незначительно изменять свойства уже известных частиц. Крошечные отклонения от ожидаемых параметров могут означать еще неоткрытые фундаментальные частицы в «зоопарке частиц».
Строительство экрана
Ученые построили новый экран из нескольких слоев специального состава, состоящего из никеля и железа, который имеет высокую степень магнитной проницаемости — то есть может выступать как губка, впитывая и перенаправляя магнитное поле, вроде собственного магнитного поля Земли или полей, генерируемых оборудованием, вроде двигателей и трансформаторов.
«Этот аппарат можно сравнить с кубовидной русской матрешкой, — говорит Линс. — Подобно матрешкам, большинство слоев можно использовать отдельно, и чем больше слоев, тем выше защита внутренней части».
Большой прорыв команды заключается в глубоком численном моделировании расположения точно изготовленных намагничиваемых сплавов, в результате чего существенно оптимизированы детали конструкции, вроде толщины, соединений и расстояния между слоями.
Материалы в магнитных экранах изменяют свою намагниченность из-за воздействий внешней среды, вроде перепадов температур и вибраций, вызываемых проходящими автомобилями, и эти сдвиги могут проникать внутрь экрана. Более тонкие листы в новой конструкции позволили лучше сбалансировать магнитное поле в металле, в результате чего появилось самое маленькое и однородное поле в пределах экранируемого пространства, обходящее даже нормальное магнитное поле межзвездной среды.
Новые эксперименты не за горами
В планах ученых — использовать новый магнитный щит в эксперименте, чтобы проверить пределы распределения зарядов (так называемый электрический дипольный момент) на изотопе ксенона. ЭДМ, которое будет выше предсказанного Стандартной моделью, может сигнализировать о существовании новой частицы, масса которой будет напрямую зависеть от величины, на которую ЭДМ отклонился от ожидаемой величины.
Также ученые хотят использовать модифицированный детектор SQUID — который может обнаруживать тончайшие магнитные поля — для поиска давно предполагаемых, но никогда не обнаруженных магнитных монополей. В магнетически тихом пространстве внутри экрана монополь, проходящий через SQUID, может произвести магнитное поле выше уровня фонового шума, говорит Линс.