Откъде неутрино получават масата си? Това е мистерия, една от най-смущаващите в Стандартния модел на физика на частиците. Но екип от физици мислят, че знаят как да го решат.
Ето проблема: Неутрино са странни. Ултра-слаби частици, повечето от тях са толкова ниско енергийни и несъществени, че преминават през цялата ни планета, без да спират. Десетилетия наред учените смятали, че те изобщо нямат маса. В оригиналната версия на Стандартния модел, който описва физиката на частиците, неутриното беше напълно безтегловно. Преди около две десетилетия това се промени. Вече физиците знаят, че неутрините имат маса, макар и в незначителни количества. И все още не са сигурни защо точно е тази маса.
Въпреки това можем да разрешим мистерията, твърди нов документ, публикуван на 31 януари в списанието Physical Review Letters. Като се има предвид достатъчно време и данни, най-високоенергийните неутрино, които вече можем да открием, би трябвало да помогнат за отключването на тайните в тяхната маса.
Откриване на неутрино резонанси
Неутрино идват с различни количества енергия: Две иначе еднакви частици ще се държат много различно в зависимост от това колко енергия носят.
Повечето от неутрино, които можем да открием, идват от нашето слънце и шепа супер ярки енергийни източници на Земята (като ядрени реактори) и са с относително ниска енергия. И нискоенергийните неутрино се плъзгат лесно през късове материя, без да се блъскат в нищо. Но нашата планета също е бомбардирана от много по-високо енергийни неутрино. И това е много по-вероятно да нахлуят в други частици, като тракторно ремарке, което крещи по магистралата в преминаващата лента.
През 2012 г. в Антарктида се появи детектор за частици онлайн, който е предназначен да открива тези неутрино с по-висока енергия. Но детекторът, наречен IceCube, не може да ги усети директно. Вместо това търси след сблъсъци с високоенергийни неутрино с молекули вода в околните ледове - сблъсъци, които произвеждат изблици от други видове частици, които IceCube може да открие. Обикновено тези изблици са разхвърлени, произвеждайки най-различни частици. Но понякога те са необичайно чисти - резултат от процес, наречен резонанс, заяви съавторът на изследването Бхупал Дев, физик от Вашингтонския университет в Сейнт Луис.
Когато неутрино се блъсне в друга частица, по-специално в електрон, е, понякога ще премине през процес, известен като резонанс в Glashow, Дев каза на Live Science, че резонансът обелва двете частици заедно и ги превръща в нещо ново: W бозон. За първи път предложен през 1959 г., резонансът в Glashow изисква много високи енергии и един-единствен пример може да се е появил в IceCube през 2018 г., според разговор от 2018 г. на конференция за неутрино.
Но според Дев и неговите съавтори, там може да има други видове резонанси. Една от по-популярните теории за това как неутрино получават масата си е известна като „модела на Зее“. А при модела Zee ще има друг тип резонанс като Glashow, произвеждащ друга нова частица, известна като „Zee взрив“, пишат изследователите в новото проучване. И този резонанс би бил в способността на IceCube да открива.
Ако се открие избухване на Зее, това ще доведе до радикална актуализация на Стандартния модел, напълно трансформираща как физиците гледат на неутрино, каза Дев.
Моделът Зее ще премине от теория към твърда наука и съществуващият модел на неутрино ще бъде изхвърлен.
Но IceCube е чувствителен само към определени диапазони от неутрино енергии и условията, които биха произвели Zee изблици, са по външните краища на този диапазон. Като се има предвид време, един такъв инцидент вероятно ще бъде открит от IceCube в някакъв момент през следващите 30 години.
Но за щастие идват ъпдейти на IceCube, отбелязват изследователите. След като детекторът бъде надстроен до много по-големия и по-чувствителен IceCube-Gen 2 (не е ясно кога точно ще стане това), по-чувствителното устройство трябва да може да вземе избухване на Zee само за три години - ако Zee се пръсне наистина там.
И ако избухванията на Zee не са там, а Zee моделът е грешен, мистерията на неутрино масата само ще се задълбочава.
