Элементарные частицы и космология

С 70-х годов 20 в. на стыке космологии и физики элементарных частиц стало бурно развиваться научное направление, имеющее целью получить на основе астрономических данных важную информацию о фундаментальных частицах микромира. Такая возможность обусловлена существованием теории, рассматривающей эволюцию Вселенной как эволюцию материального мира, находившегося на ранней стадии развития в состоянии очень горячей плотной плазмы.

Космология позволяет делать выводы о частицах и процессах, которые находятся далеко за энергетическими пределами, доступными современным и будущим ускорителям. Ярким примером является оценка концентрации магнитных монополей – частиц, имеющих элементарный магнитный заряд. Существование этих частиц предсказывается моделями великого объединения. Их масса должна быть ~ 10¹⁶ ГэВ, так что ни сейчас, ни в обозримом будущем нет никакой надежды получить эти частицы в лаборатории, подобно тому, как получают, например, антипротоны, W^± – и Z°-6oзоны.

Единственная возможность обнаружить эти частицы состоит в поисках их среди реликтовых частиц. Теоретические ожидания для концентрации реликтовых монополей, полученные в рамках простейшей модели, противоречат существующим данным наблюдений. Это противоречие послужило одной из предпосылок для создания формулировки модели инфляционной Вселенной.

Взаимосвязь физики элементарных частиц и космологии особенно укрепилась в последнее время. Сейчас ни одна теоретическая модель взаимодействий элементарных частиц не может быть признанной, если она не согласуется с данными космологии. С другой стороны, методы физики элементарных частиц позволили решить ряд известных космологических проблем, таких, как проблемы барионной асимметрии Вселенной, однородности и изотропии, горизонта Вселенной, близости плотности вещества к критическому значению.