Projekt MAESTRO UMO-2012/04/A/ST2/00099 finansowany przez Narodowe Centrum Nauki
Nowe teorie oddziaływań fundamentalnych i ich testy i przewidywania kosmologiczne
miejsce realizacji Wydział Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego
Kierownik projektu (head of the team):
prof. dr hab. Zygmunt Lalak, Wydział Fizyki UW
Wielkim tryumfem fizyki cząstek elementarnych i oddziaływań fundamentalnych jest skonstruowanie Modelu Standardowego, który w sposób satysfakcjonujący opisuje wyniki doświadczeń przeprowadzanych przy energiach niższych niż skala (energia) Fermiego, tzn. niż skala charakterystyczna dla naruszenia symetrii elektrosłabej. Jednakże, Model Standardowy (SM) zawiera pewną liczbę parametrów i nie jest w pełni satysfakcjonujący teoretycznie. W chwili obecnej nie rozumiemy związków pomiędzy tymi parametrami i ich wielkości. Oprócz tego Model Standardowy ma kłopot z opisem ważnych zjawisk kosmologicznych takich jak ciemna materia, ciemna energia, bariogeneza czy inflacja. Jednym z powodów tych problemów jest konieczność zanurzenia SM w teorię, która byłaby konsystentnym opisem fizyki przy wielkich energiach, być może dramatycznie wyższych niż skala Fermiego.
Fizycy zajmujący się fizyką wielkich energii są przekonani, że wielki zderzacz hadronów (LHC) umożliwi poznanie szczegółowej struktury mechanizmu naruszenia symetrii elektrosłabej wskaże kierunek budowania prawdziwej i poprawnej teorii oddziaływań fundamentalnych. Z drugiej strony, wydaje się, że właśnie wczesny wszechświat jest naturalnym środowiskiem, w którym fizyka wielkich energii znajdowała pełne zastosowanie. Zatem naturalne jest poszukiwanie śladów procesów elementarnych zachodzących we wczesnym wszechświecie w spektrum fluktuacji temperatury na powierzchni ostatniego rozpraszania, spektrum rozkładu masy we wszechświecie oraz bezpośrednie poszukiwanie reliktowej ciemnej materii. Żeby zrozumieć w pełni procesy elementarne i zbudować prawdziwie fundamentalną teorię oddziaływań, potrzebna jest synergia pomiędzy fizyką cząstek, astrofizyką i kosmologią. W tym projekcie chcemy użyć tej synergii i złożyć dane kosmologiczne i astrofizyczne z precyzyjnymi pomiarami wykonywanymi w LHC w taki sposób, aby ograniczyć swobodę w budowaniu teorii oddziaływań fundamentalnych. W szczególności planujemy skoncentrować się na problemach inflacji i ciemnej materii, oraz na rozważaniu dynamicznego wyboru próżni we wczesnym wszechświecie i stabilności próżni. Prowadzimy badania takich rozszerzeń Modelu Standardowego, które wydają się szczególnie istotne dla fizyki cząstek i jednocześnie mogą być naprawdę testowane w LHC.
Celem projektu jest wykorzystanie bogatego programu doświadczalnego, który istnieje obecnie i działać będzie w bliskiej przyszłości, w szczególności w czasie trwania projektu, poprzez zastosowanie jego wyników do ograniczenia i wyselekcjonowania najbardziej obiecujących modeli nowej fizyki wykraczających poza Model Standardowy oddziaływań fundamentalnych. Takie postępowanie ma szansę doprowadzić do sformułowania nowych teorii fizycznych oraz do zidentyfikowania nowych obserwowalnych zjawisk przewidywanych przez te teorie.