Mūsu labākais daļiņu fizikas modelis ir sagrauzts pie šuvēm, jo tas cīnās, lai saturētu visas dīvainības Visumā. Tagad, visticamāk, nekā jebkad agrāk varētu parādīties, pateicoties virknei dīvainu notikumu Antarktīdā…
Šīs valdošās fizikas paradigmas - standarta modeļa - nāve tika prognozēta gadu desmitiem ilgi. Tur ir mājieni par tās problēmām fizikā, kas mums jau ir. Dīvaini laboratorijas eksperimentu rezultāti liek domāt par spoku jauno neitrīno sugu mirgošanu ārpus trim, kas aprakstīti standarta modelī. Un šķiet, ka Visums ir pilns ar tumšo matēriju, ko neviena standarta modeļa daļiņa nevar izskaidrot.
Bet nesenie vilinošie pierādījumi kādu dienu varētu saistīt šos neskaidros datu virzienus: Kopš 2016. gada trīs reizes ārkārtīgi augstas enerģijas daļiņas ir uzsprāgušas caur Antarktīdas ledu, aizsākot detektorus Antarktikas impulsīvās pārejošās antenas (ANITA) eksperimentā, mašīna, kas karājas no NASA balona tālu virs sasalušās virsmas.
Kā Live Science ziņoja 2018. gadā, šie notikumi - kopā ar vairākām papildu daļiņām, kas vēlāk tika atklātas apbedītajā Antarktikas neitrīno novērošanas centrā IceCube - neatbilst neviena standarta modeļa daļiņu gaidāmajai uzvedībai. Daļiņas izskatās kā īpaši augstas enerģijas neitrīni. Bet īpaši augstas enerģijas neitrīniem nevajadzētu spēt iziet cauri Zemei. Tas liek domāt, ka kāda cita veida daļiņas - tādas, kuras vēl nekad nav redzētas - pašas aizplūst aukstajās dienvidu debesīs.
Tagad jaunā rakstā fiziķu komanda, kas strādā pie IceCube, ir radījusi nopietnas šaubas par vienu no pēdējiem atlikušajiem standarta modeļa skaidrojumiem šīm daļiņām: kosmiskos paātrinātājus, kosmosā slēpjošos milzu neitrīno ieročus, kas periodiski izšauj intensīvas neitrīno lodes uz Zemes. Hiperaktīvo neitrīno lielgabalu kolekcija kaut kur mūsu ziemeļu debesīs varēja būt uzspridzinājis uz Zemes pietiekami daudz neitrīno, lai mēs varētu atklāt daļiņas, kas izšauj no mūsu planētas dienvidu gala. Bet IceCube pētnieki nekonstatēja nekādus pierādījumus par šo kolekciju, kas liek domāt, ka noslēpumaino daļiņu skaidrošanai ir nepieciešama jauna fizika.
Lai saprastu, kāpēc, ir svarīgi zināt, kāpēc šīs noslēpumainās daļiņas ir tik satraucošas standarta modelim.
Neitrīni ir vistālākās daļiņas, par kurām mēs zinām; tos ir grūti atklāt un gandrīz bezsvara. Viņi visu laiku iziet cauri mūsu planētai - lielākoties nāk no saules un reti, ja nekad, saduras ar protoniem, neitroniem un elektroniem, kas veido mūsu ķermeņus, un netīrumiem zem mūsu kājām.
Bet sevišķi augstas enerģijas neitrīni no dziļas kosmosa atšķiras no viņu brālēniem ar zemu enerģijas patēriņu. Daudz retāk nekā ar zemu enerģijas daudzumu neitrīniem, tiem ir platāki "šķērsgriezumi", kas nozīmē, ka tie, visticamāk, saduras ar citām daļiņām, kad tie iziet cauri tām. Ļoti augstas enerģijas neitrīno izredzes padarīt to neskartu visu Zemi ir tik zemas, ka jūs nekad negaidīsit, ka pamanīsit, ka tā notiek. Tāpēc ANITA atklājumi bija tik pārsteidzoši: likās, it kā instruments būtu divreiz uzvarējis loterijā, un tad IceCube to bija uzvarējis vēl pāris reizes, tiklīdz sāka pirkt biļetes.
Un fiziķi zina, cik loterijas biļešu viņiem nācās strādāt. Daudzi ļoti augstas enerģijas kosmiskie neitrīni nāk no kosmisko staru mijiedarbības ar kosmisko mikroviļņu fonu (CMB), vājo Lielā sprādziena pēcspīdumu. Ik pa laikam šie kosmiskie stari mijiedarbojas ar CMB tieši pareizajā veidā, lai uz Zemes izšautu augstas enerģijas daļiņas. To sauc par "plūsmu", un tas ir vienāds visās debesīs. Gan ANITA, gan IceCube jau ir izmērījuši, kā kosmiskais neitrīno plūsma izskatās katram no tiem sensoriem, un tas vienkārši neizraisa pietiekami daudz augstas enerģijas neitrīno, ko jūs varētu sagaidīt, lai vienā no abiem detektoriem varētu atklāt neitrīno, kas lido no Zemes. .
"Ja ANITA atklātie notikumi pieder šim difūzajam neitrīno komponentam, ANITA vajadzēja izmērīt daudzus citus notikumus citos paaugstinājuma leņķos," sacīja Anastasija Barbano, Ženēvas Universitātes fiziķe, kas strādā IceCube.
Bet teorētiski ārpus debess plašās plūsmas varēja būt īpaši augstas enerģijas neitrīno avoti, Barbano stāstīja Live Science: tie neitrīno ieroči vai kosmiskie paātrinātāji.
"Ja tas nav jautājums par neitrīniem, ko rada ultra-enerģijas kosmisko staru mijiedarbība ar CMB, tad novērotie notikumi var būt vai nu neitrīni, ko noteiktā laika intervālā rada atsevišķi kosmiskie paātrinātāji", vai arī kāds nezināms Zemes avots, Sacīja Barbano.
Blazars, aktīvi galaktikas kodoli, gamma staru pārrāvumi, zvaigžņu sprādziena galaktikas, galaktiku apvienošanās un magnetizētās un ātri griešanās neitronu zvaigznes ir labi kandidāti uz šāda veida paātrinātājiem, viņa sacīja. Un mēs zinām, ka kosmiskie neitrīno paātrinātāji eksistē kosmosā; 2018. gadā IceCube izsekoja augstas enerģijas neitrīno atpakaļ uz blazāru - intensīvu daļiņu strūklu, kas nāk no aktīva melnā cauruma attālas galaktikas centrā.
ANITA uzņem tikai visizcilākos augstas enerģijas neitrīnus, sacīja Barbano, un, ja uz augšu lidojošās daļiņas bija kosmiskā paātrinātāja paaugstinātas neitrīnas no standarta modeļa - visdrīzāk tau neitrīni -, tad gaismai vajadzēja būt ar zemāku dušu. -enerģijas daļiņas, kas būtu iedarbinājušas IceCube zemākas enerģijas detektorus.
"Mēs meklējām notikumus IceCube datu septiņu gadu laikā," sacīja Barbano - notikumi, kas atbilda ANITA noteikšanas leņķim un garumam, kurus jūs varētu gaidīt, lai atrastu, ja uz Zemes šaušanas laikā būtu ievērojams kosmisko neitrīno lielgabalu akumulators. lai ražotu šīs gaidāmās daļiņas. Bet neviens neuzrādījās.
Viņu rezultāti pilnībā nenovērš akseleratora avota iespēju. Bet tie "nopietni ierobežo" iespēju klāstu, izslēdzot visus ticamākos scenārijus, kuros iesaistīti kosmiskie paātrinātāji un daudzi mazāk ticamie.
"Ziņojums, kuru mēs vēlamies nodot sabiedrībai, ir tāds, ka standarta modeļa astrofiziskais skaidrojums nedarbojas neatkarīgi no tā, kā jūs to sagriežat," sacīja Barbano.
Pētnieki nezina, kas notiks tālāk. Ne ANITA, ne IceCube nav ideāls detektors nepieciešamo pēcpārmeklējumu veikšanai, sacīja Barbano, atstājot pētniekiem ļoti maz datu, uz kuriem balstīt pieņēmumus par šīm noslēpumainajām daļiņām. Tas ir mazliet kā mēģinājums izdomāt attēlu uz milzu finierzāģa puzzle tikai no nedaudzām gabaliņiem.
Pašlaik šķiet, ka ierobežotajiem datiem ir piemērotas daudzas iespējas, tostarp ceturtā "sterila" neitrīno suga ārpus standarta modeļa un teorētisko tumšās vielas veidu klāsts. Jebkurš no šiem skaidrojumiem būtu revolucionārs. Hjh. Pagaidām neviens no tiem netiek stingri atbalstīts.
"Mums jāgaida nākamās paaudzes neitrīno detektori," sacīja Barbano.
