Mūsų geriausias kietųjų dalelių fizikos modelis sprogo ties siūlėmis, nes jis stengiasi apimti visus keistuoliškumus Visatoje. Panašu, kad labiau nei bet kada anksčiau ji gali pasirodyti dėl keistų įvykių Antarktidoje ...
Šios valdančiosios fizikos paradigmos - standartinio modelio - mirtis buvo prognozuojama dešimtmečius. Jo fizikoje jau yra užuominų apie jos problemas. Keistų laboratorinių eksperimentų rezultatai rodo naujų vaiduokliškų neutrinų rūšių mirgėjimą virš trijų, aprašytų standartiniame modelyje. Ir visatoje atrodo pilna tamsiosios materijos, kurios negali paaiškinti nė viena standartinio modelio dalelė.
Tačiau naujausi įkyrūs įrodymai vieną dieną gali susieti šias neaiškias duomenų kryptis: Tris kartus nuo 2016 m. Per Antarktidos ledus susprogdino ypač didelės energijos dalelės, nukreipdamos detektorius į Antarktidos impulsinės trumpalaikės antenos (ANITA) eksperimentą, mašina, kabanti iš NASA baliono, toli virš užšalusio paviršiaus.
Kaip „Live Science“ pranešė 2018 m., Šie įvykiai - kartu su keliomis papildomomis dalelėmis, kurios vėliau buvo aptiktos palaidotame Antarkties neutrinų observatorijoje „IceCube“ - neatitinka numatomo bet kurio standartinio modelio dalelių elgesio. Dalelės atrodo kaip ypač aukštos energijos neutrinai. Tačiau ypač energetiniai neutrinai neturėtų prasiskverbti pro Žemę. Tai rodo, kad kažkokios kitos dalelės - tokios, kokių dar niekad nemačiau - sklando pats į šaltą pietų dangų.
Dabar naujame dokumente „IceCube“ dirbančių fizikų komanda sukėlė rimtų abejonių dėl vieno iš paskutinių šių dalelių paaiškinimų: kosminių greitintuvų, erdvėje slepiančių milžiniškų neutrinų pistoletų, kurie periodiškai šaudytų į žemę intensyviomis neutrino kulkomis. Hiperaktyvių neutrininių pistoletų kolekcija kažkur mūsų šiauriniame danguje galėjo įpūsti pakankamai neutrinų į Žemę, kad galėtume aptikti daleles, šaunančias iš mūsų planetos pietinio galo. Tačiau „IceCube“ tyrėjai nerado jokių įrodymų apie tą kolekciją, todėl galima manyti, kad paslaptingoms dalelėms paaiškinti reikia naujos fizikos.
Norint suprasti kodėl, svarbu žinoti, kodėl šios paslapties dalelės yra tokios nejaukios standartiniam modeliui.
Neutrinai yra pačios silpniausios dalelės, apie kurias mes žinome; jie sunkiai aptinkami ir beveik beveidžiai. Jie visą laiką praeina per mūsų planetą - dažniausiai ateina iš saulės ir retai, jei kada nors, susiduria su protonais, neutronais ir elektronais, kurie sudaro mūsų kūnus, ir nešvarumais po mūsų kojomis.
Tačiau ypač aukštos energijos neutrinai iš gilios kosmoso skiriasi nuo jų mažai energijos naudojančių pusbrolių. Daug retesni nei mažai energijos turintys neutrinai, jie turi platesnį „skerspjūvį“, tai reiškia, kad pro juos praeidami labiau tikėtina, kad jie susidurs su kitomis dalelėmis. Ypatingai didelės energijos neutrino, dėl kurio jis gali būti nepažeistas, šansai yra tokie maži, kad niekada nesitikėtumėte aptikti, kad tai įvyks. Štai kodėl ANITA aptikimai taip nustebino: tarsi instrumentas du kartus laimėjo loteriją, o „IceCube“ jį laimėjo dar porą kartų, kai tik pradėjo pirkti bilietus.
Ir fizikai žino, kiek loterijos bilietų jie turėjo dirbti. Daugybė ypač didelių energinių kosminių neutrinų atsiranda dėl kosminių spindulių sąveikos su kosminiais mikrobangų fonais (CMB), silpnu Didžiojo sprogimo pobūdžiu. Kartas nuo karto tie kosminiai spinduliai sąveikauja su CMB tik teisingu būdu, kad galėtų sunaikinti žemoje energijoje esančias energijos dalis. Tai vadinama „srautu“ ir ji yra vienoda visame danguje. Tiek ANITA, tiek „IceCube“ jau išmatavo, kaip kosminis neutrinų srautas atrodo kiekvienam jų jutikliui, ir jis tiesiog nesukuria pakankamai daug energijos reikalaujančių neutrinų, kurių tikėtumėte aptikti iš Žemės skrendantį neutriną net vieną kartą .
„Jei ANITA aptikti įvykiai priklauso šiam difuziniam neutrino komponentui, ANITA turėjo išmatuoti daugybę kitų įvykių kitais pakilimo kampais“, - teigė „IceCube“ dirbanti Ženevos universiteto fizikė Anastasija Barbano.
Tačiau teoriškai ten galėjo būti ypač didelių energijos kiekių neutrinų šaltiniai, esantys už debesų pločio srauto, - Barbano pasakojo „Live Science“: tie neutrino ginklai arba kosminiai greitintuvai.
"Jei tai nėra neutrinų, susidarančių dėl ypač didelės energijos kosminių spindulių sąveikos su CMB, klausimas, tada stebimi įvykiai gali būti arba neutrinai, kuriuos sukuria atskiri kosminiai greitintuvai per tam tikrą laiko tarpą", arba koks nors nežinomas žemės šaltinis, - pasakė Barbanas.
„Blazars“, aktyvūs galaktikos branduoliai, gama spindulių sprogimai, žvaigždžių sprogimo galaktikos, galaktikų susiliejimai ir įmagnetintos bei greitai besisukančios neutronų žvaigždės yra geros kandidatės į tokio tipo greitintuvus, sakė ji. Ir mes žinome, kad kosminiai neutrinų greitintuvai egzistuoja kosmose; 2018 m. „IceCube“ stebėjo didelės energijos neutriną atgal į blazarą - intensyvią dalelių srovę, sklindančią iš aktyviosios juodosios skylės tolimos galaktikos centre.
„ANITA“ renkasi tik pačius ekstremaliausius aukštos energijos neutrinus, sakė Barbano, ir jei į viršų skraidančios dalelės buvo kosminio greitintuvo padidintos standartinio modelio neutrinos - greičiausiai tau neutrinos -, tada spindulys turėjo ateiti su apatiniu dušu. - energijos dalelės, kurios būtų pakenkusios „IceCube“ mažesnės energijos detektoriams.
„Mes ieškojome įvykių per septynerių metų„ IceCube “duomenis“, - pasakojo Barbano - įvykiai, kurie atitiko ANITA aptikimo kampą ir ilgį, kuriuos jūs galite tikėtis sužinoti, jei ten būtų nemažas kosminių neutrino ginklų akumuliatorius, šaudantis Žemėje. gaminti šias augančias daleles. Bet nė vienas nepasirodė.
Jų rezultatai ne visiškai pašalina greitintuvo šaltinio galimybę. Bet jie „smarkiai suvaržo“ galimybių spektrą, pašalindami visus patikimiausius scenarijus, susijusius su kosminiais greitintuvais ir daug mažiau tikėtinus.
„Žinia, kurią norime perduoti visuomenei, yra tai, kad standartinio modelio astrofizinis paaiškinimas neveikia, nesvarbu, kaip jūs jį pjaustote“, - teigė J. Barbano.
Tyrėjai nežino, kas bus toliau. Nei ANITA, nei „IceCube“ nėra idealus detektorius reikalingoms paskesnėms paieškoms, sakė Barbano, palikdamas tyrėjams labai mažai duomenų, kuriais galėtų pagrįsti savo prielaidas apie šias paslaptingas daleles. Tai panašu į bandymą išsiaiškinti paveikslėlį ant milžiniškos dėlionės iš tik saujelės gabalų.
Šiuo metu atrodo, kad daugybė galimybių tinka ribotiems duomenims, įskaitant ketvirtąją „sterilo“ neutrino rūšį, esančią už standartinio modelio ribų, ir daugybę teorinių tamsiosios medžiagos rūšių. Bet kuris iš šių paaiškinimų būtų revoliucinis. Hjh, tačiau nė vienas iš jų nėra vis labiau vertinamas.
„Turime laukti naujos kartos neutrinų detektorių“, - sakė Barbano.
