Náš najlepší model fyziky častíc praskne vo švíkoch, pretože sa snaží zachytiť všetku zvláštnosť vo vesmíre. Teraz sa zdá byť pravdepodobnejšie ako kedykoľvek predtým, že sa môže objaviť vďaka sérii podivných udalostí v Antarktíde ...
Smrť tohto vládnuceho modelu fyziky, štandardného modelu, sa predpovedá na desaťročia. Vo fyzike, ktorú už máme, sú náznaky jej problémov. Podivné výsledky laboratórnych experimentov naznačujú blikanie strašidelných nových druhov neutrín za hranicami troch opísaných v štandardnom modeli. A vesmír sa zdá byť plný temnej hmoty, ktorú nevie vysvetliť žiadna častica v štandardnom modeli.
Nedávne tantalizujúce dôkazy by však jedného dňa mohli spojiť tieto nejasné pramene údajov: Trikrát od roku 2016 sa častice ultra-vysokej energie roztrhli cez ľad Antarktídy a spustili detektory v experimente Antarktída Impulzívna prechodná anténa (ANITA). stroj visiaci z balóna NASA ďaleko nad zamrznutým povrchom.
Ako spoločnosť Live Science informovala v roku 2018, tieto udalosti - spolu s niekoľkými ďalšími časticami zistenými neskôr v podzemnej observatóriu IceCube - antarktické neutríny - sa nezhodujú s očakávaným správaním častíc štandardného modelu. Častice vyzerajú ako ultra-vysokoenergetické neutrína. Ale ultravysoké energie neutrína by nemalo byť schopné prejsť Zemou. To naznačuje, že nejaký iný druh častíc - ten, ktorý nikdy predtým nebol videný - sa vrhá na chladnú južnú oblohu.
Teraz, v novom dokumente, skupina fyzikov pracujúcich na IceCube spochybnila jedno z posledných zostávajúcich vysvetlení štandardného modelu pre tieto častice: kozmické urýchľovače, obrovské neutrínové zbrane schované v priestore, ktoré by periodicky strieľali na Zemi intenzívne neutrínové guľky. Kolekcia hyperaktívnych neutrínových zbraní niekde na našej severnej oblohe mohla vystreliť dosť neutrín na Zem, aby sme mohli zistiť častice, ktoré strieľajú z južného cípu našej planéty. Vedci IceCube však nenašli žiadne dôkazy o tejto zbierke, čo naznačuje, že na vysvetlenie záhadných častíc je potrebné novú fyziku.
Aby sme pochopili prečo, je dôležité vedieť, prečo sú tieto záhadné častice tak znepokojujúce pre štandardný model.
Neutrína sú najmenšie častice, o ktorých vieme; je ťažké ich odhaliť a takmer bezmasé. Stále prechádzajú našou planétou - väčšinou prichádzajú zo slnka a zriedka, ak vôbec, narazia na protóny, neutróny a elektróny, ktoré tvoria naše telá a nečistoty pod našimi nohami.
Avšak ultra-vysokoenergetické neutrína z hlbokého vesmíru sa líšia od ich nízkoenergetických bratrancov. Oveľa zriedkavejšie ako nízkoenergetické neutrína majú širšie „prierezy“, čo znamená, že pri ich prechode cez nich častejšie narazí na iné častice. Pravdepodobnosť, že ultravysokou energiou neutríno to bude celé nedotknuté, je tak nízka, že by ste nikdy neočakávali, že sa to stane. Preto boli detekcie ANITA také prekvapujúce: Bolo to, akoby nástroj vyhral lotériu dvakrát, a potom IceCube to vyhral párkrát, hneď ako začal kupovať lístky.
A fyzici vedia, s koľkými lotériami museli pracovať. Mnoho ultra-vysokoenergetických kozmických neutrín pochádza z interakcií kozmického žiarenia s kozmickým mikrovlnným pozadím (CMB), slabého dosvitu Veľkého tresku. Tieto kozmické lúče interagujú s CMB raz za čas tým správnym spôsobom, aby na Zem strieľali vysokoenergetické častice. Toto sa nazýva „tok“ a je to rovnaké po celej oblohe. ANITA aj IceCube už zmerali, ako vyzerá kozmický tok neutrínu pre každý z ich senzorov, a to jednoducho nevytvára dostatok vysokoenergetických neutrín, ktoré by ste očakávali, že zistíte, že neutríno bude lietať zo Zeme na ktoromkoľvek z detektorov aj raz. ,
„Ak udalosti, ktoré zistila ANITA, patria do tejto difúznej neutrínovej zložky, mala ANITA zmerať mnoho ďalších udalostí v iných výškových uhloch,“ uviedla Anastasia Barbano, fyzik z Ženevskej univerzity, ktorý pracuje na IceCube.
Teoreticky by však mohli existovať ultra-vysokoenergetické neutrínové zdroje za tokom oblohy, povedal Barbano pre Live Science: tieto neutrínové zbrane alebo kozmické urýchľovače.
„Ak nejde o neutrína produkované interakciou ultra-vysoko-energetických kozmických lúčov s CMB, potom pozorovanými udalosťami môžu byť buď neutrína produkované jednotlivými kozmickými urýchľovačmi v danom časovom intervale“ alebo nejaký neznámy pozemský zdroj, Povedal Barbano.
Blazary, aktívne galaktické jadrá, výbuchy gama lúčov, hviezdové galaxie, fúzie galaxií a magnetizované a rýchlo sa otáčajúce neutrónové hviezdy sú všetci dobrými kandidátmi na tieto druhy urýchľovačov. A vieme, že kozmické neutrínové urýchľovače existujú vo vesmíre; v roku 2018 IceCube sledoval vysokoenergetické neutríno späť do plaváka, intenzívneho lúča častíc vychádzajúcich z aktívnej čiernej diery v strede vzdialenej galaxie.
ANITA vyberie iba najextrémnejšie vysokoenergetické neutrína, uviedol Barbano, a ak vzostupne lietajúce častice boli neutrínami zosilnenými kozmickým urýchľovačom zo štandardného modelu - s najväčšou pravdepodobnosťou tau neutrína - potom lúč mal prísť so sprchou nižšou - častice energie, ktoré by spustili detektory nízkej energie IceCube.
„Hľadali sme udalosti v siedmich rokoch údajov o IceCube,“ povedal Barbano - udalosti, ktoré sa zhodovali s uhlom a dĺžkou detekcie ANITA, ktoré by ste očakávali, keby ste zistili, či sa na Zemi strieľalo na Zem veľké množstvo kozmických neutrínových zbraní. na výrobu týchto vzostupných častíc. Ale žiaden sa neobjavil.
Ich výsledky úplne nevylučujú možnosť zdroja urýchľovača vonku. Ale „prísne obmedzujú“ škálu možností a vylučujú všetky najpravdepodobnejšie scenáre, ktoré zahŕňajú kozmické urýchľovače a mnohé menej pravdepodobné.
„Odkaz, ktorý chceme zverejniť, je taký, že astrofyzikálne vysvetlenie štandardného modelu nefunguje bez ohľadu na to, ako ho nakrájate,“ uviedol Barbano.
Vedci nevedia, čo bude ďalej. Ani ANITA, ani IceCube nie sú ideálnym detektorom pre potrebné následné prieskumy, uviedol Barbano. Vedci tak majú len veľmi málo údajov, z ktorých by mohli vychádzať pri svojich predpokladoch o týchto záhadných časticiach. Je to trochu ako pokúsiť sa prísť na obrázok na obrovskej skladačke z hŕstky kúskov.
Zdá sa, že v súčasnosti sa obmedzeným údajom hodí veľa možností, vrátane štvrtého druhu „sterilného“ neutrínu mimo štandardného modelu a radu teoretických typov tmavej hmoty. Každé z týchto vysvetlení by bolo revolučné. Hjh, zatiaľ však žiadne z nich nie je veľmi uprednostňované.
„Musíme čakať na ďalšiu generáciu neutrínových detektorov,“ povedal Barbano.
