Чому існує наш Всесвіт? Вчені спробують розгадати найбільшу загадку

У лабораторії, що розташована серед туманних лісів Південної Дакоти, вчені намагаються знайти відповідь на одне з найбільших наукових запитань: чому існує наш Всесвіт?

Вони змагаються за першість з командою японських науковців - яка наразі випереджає їх на кілька років.

Сучасна теорія про виникнення Всесвіту не може пояснити існування планет, зірок і галактик, які ми бачимо навколо себе. Обидві команди будують детектори, що вивчають субатомну частинку під назвою нейтрино, сподіваючись знайти відповіді.

Міжнародна команда на чолі зі США сподівається, що розгадка криється глибоко під землею - у проєкті з промовистою назвою "Глибокий підземний експеримент з нейтрино" (Deep Underground Neutrino Experiment, DUNE).

Вчені опустяться на 1500 метрів під землю до трьох гігантських підземних печер. Їхній масштаб вражає настільки, що будівельники з бульдозерами на цьому тлі виглядають як маленькі пластикові іграшки.

Науковий директор цього об'єкта, доктор Джарет Гейз, описує величезні печери як "собори науки".

Доктор Гейз уже майже десять років бере участь у будівництві цих печер у Підземному науково-дослідному центрі Сендфорда (Sanford Underground Research Facility, або SURF). Вони ізолюють DUNE від шуму та радіації з поверхні. І тепер DUNE готовий до наступного етапу.

"Ми стоїмо на порозі створення детектора, який змінить наше розуміння Всесвіту, - каже він. - Його розгортанням займатиметься міжнародна команда з понад 1400 вчених із 35 країн, які прагнуть відповісти на питання, чому ми існуємо".

Коли Всесвіт утворився, виникло два типи частинок: матерія - з якої складаються зірки, планети й усе навколо - і в рівній кількості антиматерія, яка є точною протилежністю матерії.

З теоретичної точки зору, вони мали б знищити одна одну, залишивши лише великий спалах енергії. А проте, ми - як матерія - існуємо.

Вчені вважають, що відповідь на запитання, чому перемогла матерія - і чому ми існуємо - криється у вивченні частинки, яка називається нейтрино, та її антиматерійного аналога - антинейтрино.

Вони планують запускати пучки обох типів частинок з глибокого підземелля в Іллінойсі до детекторів у Південній Дакоті - на відстань близько 1300 км.

Це пов'язано з тим, що під час руху нейтрино та антинейтрино змінюються - хоч і дуже незначно.

Вчені хочуть з'ясувати, чи відрізняються ці зміни для нейтрино та антинейтрино. Якщо так - це може дати відповідь на питання, чому матерія й антиматерія не знищують одна одну.

DUNE - це міжнародний проєкт, який об'єднує 1400 науковців із тридцяти країн. Серед них - докторка Кейт Шоу з Університету Сассекса, яка розповіла, що майбутні відкриття стануть трансформаційними для нашого розуміння Всесвіту та місця людства в ньому.

"Це справді захоплює - ми нарешті маємо технології, інженерію, програмне забезпечення, щоб серйозно взятися за ці великі питання", - каже вона.

На іншому кінці світу, за 9 650 км від Південної Дакоти японські вчені використовують блискучі золоті кулі, щоб знайти відповіді на ті ж питання. Вони будують Hyper-K - більшу та досконалішу версію наявного нейтринного детектора Super-K.

Японська команда планує запустити свій нейтринний пучок менш ніж за три роки - на кілька років раніше, ніж американський проєкт. Як і DUNE, Hyper-K є міжнародним проєктом. Доктор Марк Скотт з Імперського коледжу в Лондоні вважає, що його команда має всі шанси здійснити одне з найвизначніших відкриттів щодо походження Всесвіту.

"Ми запустимось раніше, і наш детектор більший, тож ми матимемо вищу чутливість раніше за DUNE", - каже він.

Те, що обидва експерименти працюватимуть одночасно, означає, що вчені дізнаються більше, ніж могли б за допомогою лише одного з них. Але Скотт додає: "Я все ж хотів би бути першим!"

Але докторка Лінда Кремонезі з Queen Mary University of London, яка працює над проєктом DUNE, каже, що першість не обов'язково дасть команді під керівництвом Японії повну картину того, що насправді відбувається.

"Є певний елемент змагання, але Hyper-K наразі не має всіх необхідних складників, щоб зрозуміти, чи поводяться нейтрино та антинейтрино по-різному", - вважає вона.

Перегони тривають, але перші результати очікують лише за кілька років. Питання про те, що саме сталося на початку часів і призвело до нашого існування, залишається загадкою - принаймні поки що.