Зафиксированы аномальные частицы, которые не может объяснить современная физика

Источник материала:

Научная команда нейтринной обсерватории IceCube нашла новые свидетельства того, что несколько лет назад проект ANITA действительно мог обнаружить так называемые «стерильные нейтрино» — частицы, которые выходят за пределы Стандартной модели — теории, которая описывает большую часть взаимодействий всех известных сейчас науке элементарных частиц. Свои выводы ученые опубликовали в библиотеке научных публикаций arXiv.org, их принял к публикации The Astrophysical Journal. Об этом пишет ТАСС.

«Наш анализ исключил последнее возможное астрофизическое объяснение происхождения этих частиц, которое допускает Стандартная модель. Соответственно, если эти события действительно зафиксировали инструменты ANITA, а не были порождены ошибками наблюдений, они указывают на существование «новой физики», — пишут ученые.

Подобные частицы, как предполагают исследователи, должны возникать в ходе самых мощных космических взрывов и катаклизмов, которые происходят в центрах галактик, окрестностях сверхмассивных черных дыр и других уголках мироздания, о природе которых астрономы продолжают спорить. В частности, ученые пытаются понять, существуют ли частицы, чья энергия превышает предел Грайзена-Зацепина-Кузьмина.

Под этим термином физики понимают количество энергии — около восьми джоулей, — которое может быть у нейтрино или космического излучения, движущегося к Земле от далеких галактик. Если же материя «нарушает» этот предел, то она должна взаимодействовать с микроволновым фоновым излучением Вселенной, своеобразными отголосками Большого Взрыва, формировать новые частицы и терять при этом энергию.

Очень низкая вероятность регистрации этих частиц заставила участников проекта ANITA превратить всю Антарктику в гигантский детектор подобных нейтрино, пользуясь эффектом, который предсказал в 1962 году советский физик Гурген Аскарян. Он заметил, что подобные частицы при попадании в лед будут двигаться быстрее скорости света, в результате чего они будут «тормозить», вырабатывая по мере движения через толщу ледника пучки радиоволн. Эти вспышки улавливают антенны и прочие детекторы, установленные на аэростатах ANITA.

Порог «новой физики»

В позапрошлом году представители ANITA заявили об удивительном открытии. Во время третьего полета воздушных шаров, который проходил в начале зимы 2015 года, они обнаружили сразу три частицы, тау-нейтрино сверхвысоких энергий, которые значительно нарушали пределы Грайзена-Зацепина-Кузьмина.

Это натолкнуло физиков на мысль, что источником этих частиц мог быть не космический катаклизм, а гипотетические «стерильные» нейтрино, четвертый тип этих элементарных частиц. Они должны обладать чрезвычайно большой массой по сравнению с «обычными» нейтрино и не взаимодействовать другой материей никаким образом, кроме как при помощи сил притяжения.

Небольшое число открытых тау-нейтрино, как пишут Алекс Пиццуто, физик из Висконсинского университета в Мэдисоне (США), и его коллеги, не позволило участникам проекта ANITA заявить об открытии «новой физики» или даже просто перепроверить эти замеры. Эту задачу решила другая антарктическая нейтринная обсерватория — IceCube, которая работает на южном полюсе планеты с декабря 2010 года.

В этом отношении физики опирались на одно простое соображение. Следы трех тау-нейтрино, которые зафиксировали детекторы ANITA, указывали на то, что они попали в антарктические льды не из атмосферы, а из недр планеты. С одной стороны, литосфера Земли не может быть большим препятствием для нейтрино космического происхождения. Они могли войти нее с противоположной стороны, в окрестностях северного полюса, и полностью пройти ее толщу, выйдя на поверхность на территории Антарктики.

С другой стороны, этот путь, как отмечают Пиццуто и его коллеги, не должен был пройти для подобных частиц бесследно. Пролетая через сверхплотное ядро Земли, тау-нейтрино должны были столкнуться с содержащимися там атомами и электронами, затормозить и породить пучок других типов нейтрино высоких энергий. Эти потоки частиц, в свою очередь, должны быть хорошо заметны для детекторов IceCube.

Детальный анализ данных, собранных IceCube в 2015 году, не раскрыл никаких намеков на то, что число нейтрино высоких энергий как-то менялось тогда, когда детекторы ANITA фиксировали появление трех тау-нейтрино. Это, как заключают Пиццуто и его коллеги, исключает возможность их космического происхождения и усиливает позиции сторонников «новой физики». Как надеются ученые, анализ данных, собранных в ходе последующих полетов ANITA, помогут нам понять, существуют ли «стерильные» нейтрино на самом деле.