Най-добрият ни модел на физика на частиците се спуква по шевовете, тъй като се бори да овладее цялата странност във Вселената. Сега изглежда по-вероятно от всякога да се появи, благодарение на поредица от странни събития в Антарктида ...
Смъртта на тази управляваща парадигма на физиката, Стандартният модел, се прогнозира от десетилетия. Има намеци за неговите проблеми във физиката, която вече имаме. Странните резултати от лабораторни експерименти предполагат трептене на призрачно нови видове неутрино отвъд трите описани в Стандартния модел. И Вселената изглежда пълна с тъмна материя, която никоя частица в Стандартния модел не може да обясни.
Но последните досадни доказателства могат един ден да свържат тези неясни нива от данни: Три пъти от 2016 г. насам, ултра-високо енергийните частици се взривяват през леда на Антарктида, пускайки детектори в експеримента на Антарктическата импулсивна преходна антена (ANITA), машина, увиснала от балон на НАСА далеч над замръзналата повърхност.
Както Live Science съобщава през 2018 г., тези събития - заедно с няколко допълнителни частици, открити по-късно в погребаната антарктическа обсерватория на неутрино IceCube - не съответстват на очакваното поведение на всички частици от Стандартния модел. Частиците изглеждат като ултра високо енергийни неутрино. Но ултра високо енергийните неутрино не трябва да могат да преминават през Земята. Това предполага, че някакъв друг вид частици - този, който никога не е виждан досега - се хвърля в студеното южно небе.
Сега, в нова статия, екип от физици, работещи върху IceCube, хвърлиха сериозно съмнение върху едно от последните останали обяснения на Стандартния модел за тези частици: космически ускорители, гигантски неутрино пушки, скриващи се в космоса, които периодично ще изстрелват силни неутрино куршуми на Земята. Колекция от хиперактивни неутрино пушки някъде в нашето северно небе можеше да взриви достатъчно неутрино в Земята, че да открием частици, стрелящи от южния край на нашата планета. Но изследователите на IceCube не намериха никакви доказателства за тази колекция там, което предполага, че за обяснението на мистериозните частици трябва да е необходима нова физика.
За да разберете защо е важно да знаете защо тези мистериозни частици са толкова неспокойни за Стандартния модел.
Неутрино са най-слабите частици, за които знаем; те са трудни за откриване и почти безтегловни. Те преминават през нашата планета през цялото време - предимно идващи от слънцето и рядко, ако изобщо се сблъскват с протоните, неутроните и електроните, които съставляват телата ни и мръсотията под краката ни.
Но ултра-високоенергийните неутрино от космоса са различни от техните братовчеди с ниска енергия. Много по-рядко от нитроенергийните неутрино имат по-широки "напречни сечения", което означава, че е по-вероятно да се сблъскат с други частици, докато преминават през тях. Коефициентите на ултра-високоенергийно неутрино, което го прави през Земята непокътнат, са толкова ниски, че никога не бихте очаквали да откриете това да се случва. Ето защо засичанията на ANITA бяха толкова изненадващи: сякаш инструментът беше спечелил лотарията два пъти, а след това IceCube го спечели още няколко пъти, веднага щом започна да купува билети.
А физиците знаят колко лотарийни билета трябваше да работят. Много свръх високоенергийни космически неутрино идват от взаимодействията на космическите лъчи с космическия микровълнов фон (CMB), слабото следсветление на Големия взрив. От време на време тези космически лъчи взаимодействат с CMB по точно правилния начин да изстрелват високоенергийни частици на Земята. Това се нарича "поток" и е същото по цялото небе. И ANITA, и IceCube вече са измерили как изглежда космическият неутрино поток на всеки от техните сензори и той просто не произвежда достатъчно високоенергийни неутрино, които бихте очаквали да откриете неутрино, летящо от Земята, на който и да е от детекторите дори веднъж ,
"Ако събитията, открити от ANITA, принадлежат към този дифузен неутринен компонент, ANITA би трябвало да измерва много други събития под други ъгли на кота", казва Анастасия Барбано, физик от Женевския университет, който работи върху IceCube.
Но на теория е възможно да има източници на високоенергийни неутрино отвъд небесния поток, каза Барбано пред Live Science: онези неутрино пушки или космически ускорители.
"Ако не става въпрос за неутрино, произведено от взаимодействието на свръхвисоки енергийни космически лъчи с CMB, тогава наблюдаваните събития могат да бъдат или неутрино, произведени от отделни космически ускорители в даден интервал от време", или някакъв неизвестен земен източник, - каза Барбано.
Блазарите, активните галактически ядра, избухванията на гама-лъчи, звездното избухване, галактическите сливания и намагнетизираните и бързо въртящи се неутронни звезди са добри кандидати за тези видове ускорители, каза тя. И ние знаем, че космическите неутрино ускорители съществуват в космоса; през 2018 г. IceCube проследи високоенергийно неутрино обратно към блазар, интензивна струя от частици, идващи от активна черна дупка в центъра на далечна галактика.
ANITA взима само най-екстремните високоенергийни неутрино, каза Барбано и ако възходящите летящи частици бяха неутрано с космически ускорител от стандартния модел - най-вероятно тау неутрино - тогава лъчът трябваше да дойде с дъжд от по-ниски -енергийни частици, които биха задействали детекторите с по-ниска енергия на IceCube.
„Потърсихме събития за седем години от данни на IceCube“, каза Барбано - събития, които съответстват на ъгъла и дължината на детективите на ANITA, които бихте очаквали да откриете, ако има значителна батерия от космически неутрино пушки, които стрелят по Земята за производството на тези нагоре частици. Но никой не се появи.
Резултатите от тях не премахват напълно възможността за източник на ускорител там. Но те "силно ограничават" обхвата от възможности, елиминирайки всички най-правдоподобни сценарии, включващи космически ускорители и много по-малко правдоподобни.
„Посланието, което искаме да предадем на обществеността, е, че астрофизичното обяснение на Standard Model не работи, независимо как го разрежете“, каза Барбано.
Изследователите не знаят какво следва. Нито ANITA, нито IceCube са идеален детектор за необходимите последващи търсения, каза Барбано, оставяйки на изследователите много малко данни, на които да се базират техните предположения за тези мистериозни частици. Това е малко като да се опитате да разберете картината върху гигантски пъзел от само няколко парчета.
В момента изглежда, че много възможности отговарят на ограничените данни, включително четвърти вид "стерилно" неутрино извън стандартния модел и редица теоретизирани видове тъмна материя. Всяко от тези обяснения би било революционно.hjh Но все още никой не е силно предпочитан.
"Трябва да изчакаме следващото поколение неутрино детектори", каза Барбано.
