Експеримент загатва за частица, която не би трябвало да съществува

Учени представиха най-ярките доказателства за така наречените стерилни неутрино, загадъчни частици, които преминават през материята, без да взаимодействат с нея.

Първите следи за тези неуловими частици се появяват преди десетилетия. Но след години на целенасочени търсения учените не успяха да намерят други доказателства за тях, като много експерименти дори противоречат на тези стари резултати. Сега новите изследвания оставят учените с два неоспорими резултата, които изглежда доказват съществуването на стерилни неутрино частици, въпреки че други експерименти продължават да показват, че изобщо не съществуват. Това означава, че във Вселената се случва нещо странно, което кара едни от най-модерните физични експерименти на човечеството да си противоречат.

Стерилни неутрино частици

В средата на 90-те години експеримент в лабораторията на Лос Аламос в Ню Мексико открива мистериозна нова частица: „стерилно неутрино,“ което преминава през материята без да взаимодейства с нея. Но този резултат не може да бъде възпроизведен; други експерименти просто не могат да намерят никаква следа от мистериозните частици. Така че резултатите остават игнорирани.

Сега, MiniBooNE – последващ експеримент в лабораторията за Fermilab, намиращ се близо до Чикаго, отново вдигна шум за скритите частици. Нов документ, публикуван на сървъра за предварително отпечатване arXiv, предлага толкова убедителни доказателства за неуловимото неутрино, че се налага физиците да седнат и сериозно да помислят по темата. Новите данни от MiniBooNE потвърждават, че разногласието в данните е реално. Тези данни не могат да бъдат вписани в стандартния модел. За обясняване на резултатите имаме нужда от нова частица (стерилни неутрино) или някакво нарушение на симетрията.

Стандартният модел на физиката доминира научното обяснение за вселената повече от половин век. Това е списък от частици, които заедно изминават дълъг път за да обяснят как материята и енергията взаимодействат в космоса. Някои от тези частици, като кварки и електрони, са доста лесни за представяне: те са градивните елементи на атомите, които съставят всичко, което можем да докоснем. Други, като трите известни неутрино, са по-абстрактни: те са частици с висока енергия, които се движат през вселената, едва взаимодействащи с друга материя. Милиарди неутрино от слънцето минават през върха на пръста ви всяка секунда, но е малко вероятно да окажат влияние върху частиците на тялото ви.

Електрон, мюон и тау неутрино – трите известни „вкуса“ на материята – взаимодействат помежду си, чрез слабата ядрена сила и гравитацията. Така специализираните детектори могат да ги засекат, независимо дали са произведени от слънцето или от човешка дейност, като ядрените реакции. Когато вълните от неутрино се движат през космоса, те осцилират, съществувайки в две разновидности. Както в LSND, така и в MiniBooNE се провеждат експерименти, които включват изтрелване на потоци неутрино към детектора, който е скрит зад изолатор, за да блокира всички други излъчвания. (В LSND, изолаторът е вода, в MiniBooNE – масло.) Така внимателно измерват колко неутрино от всеки тип удрят детектора.

И двата експеримента съобщават за повече засичания на неутрино, отколкото предвижда Стандартния модел. Това предполага, че неутрино частиците се колебаят в скрити, по-тежки, „стерилни“ неутрино състояния, които детекторът не може да открие директно, преди да се върнат обратно в състоянието, което може да бъде засечено. Резултатът на MiniBooNE притежава стандартно отклонение от 4,8 сигма, недостатъчно за стандартите на физиката, тъй като се търси резултат от 5.0 сигма и нагоре. (Резултат от 5-сигма означава вероятност за грешка от 1 на 3,5 милиона.) Изследователите обясняват обаче че MiniBooNE и LSND заедно представляват резултат от 6.1-сигма (което е шанс за грешка от 1 на 500 милиона), въпреки че някои изследователи изразиха известна доза скептицизъм по отношение на това твърдение.

Ако LSND и MiniBooNE са единствените подобни експерименти на Земята, това би било краят на въпроса. Стандартният модел ще бъде актуализиран, за да включва стерилно неутрино. Но това не е съвсем така. Други големи експерименти с неутрино частици, не откриват аномалията. През 2017 г., обсерваторията IceCube Neutrino в Антарктика не успя да открие доказателства за стерилни неутрино, като обявиха, че изчисленията са били грешни поради липсваща неутрино екранировка около ядрените реактори. Възможно аномалията в експериментите LSND и MiniBooNE да се окаже систематична, което означава, че има нещо в начина, по който неутрино взаимодействат с експерименталната установка, което учените все още не разбират. Ако не, учените ще трябва да обяснят защо други експерименти не успяват да пресъздадат същите резултати.

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *