Частицы, прошившие Землю насквозь, могут указывать на новую физику
Детектор IceCube в антарктических льдах зафиксировал странные события, которые могут дать начало новым физическим теориям. Речь идёт о частицах, насквозь прошедших земной шар, не столкнувшись при этом с другими частицами. Согласно Стандартной модели физики элементарных частиц, подобное невозможно.
Об открытии сообщает научная статья, препринт которой опубликован на сайте arXiv.org группой во главе с Дереком Фоксом (Derek Fox) из Университета Пенсильвании в США.
Когда частица врезается в массив вещества (например, в планету), она может вступить или не вступить в реакцию с другими частицами. Это зависит от её свойств, прежде всего от энергии. Например, обладающие ничтожно малой энергией нейтрино с лёгкостью пронзают земной шар. Более энергичные частицы сталкиваются с веществом, и начинается каскад реакций. При столкновении образуются новые частицы, те в свою очередь наталкиваются на препятствие, и так далее. В итоге одна "гостья" с высокой энергией порождает целый ливень низкоэнергетических частиц, выходящих с другой стороны планеты.
Но в 2006 году, как сообщает ресурс Phys.org, парящий над Антарктидой аэростат ANITA обнаружил частицу высокой энергии (около 0,6 эксаэленктронвольт), пришедшую из недр Земли под необычным углом 27о. Такое значение угла означало, что "пришелец" прошил Землю насквозь, не вступив в реакцию с её веществом. Согласно существующим физическим теориям, такое попросту невозможно.
Однако экстраординарные утверждения, как известно, требуют экстраординарных доказательств. Единственное событие могло быть просто неизвестным сбоем в работе установки. В 2014 году ANITA обнаружила частицу с похожей энергией и углом выхода 35о. Повторный результат всерьёз заинтересовал физиков. И всё же научное сообщество не сочло его достаточным основанием для того, чтобы пересматривать Стандартную модель, подтверждённую огромным количеством экспериментов.
Фокс и коллеги в своём исследовании сообщают о третьем доказательстве. На сей раз оно пришло с детектора IceCube. Это сеть приборов, закреплённых в толще антарктического льда, на глубине примерно от 1,5 до 2,5 километра. Устройство регистрирует результаты взаимодействия частиц с ледовой толщей. Основным "объектом охоты" для IceCube являются нейтрино.
Однако на сей раз они зафиксировали нечто странное. Речь снова идёт о частицах высокой энергии, прошедших сквозь Землю с необычным углом выхода. Как рассчитали специалисты, вероятность того, что так поведёт себя какая-нибудь из известных частиц, не превышает один к миллиону. Между тем IceCube зафиксировал три таких события.
Как отмечают авторы, странные наблюдения ANITA повторились на детекторе с совершенно другим устройством и другой методикой обработки данных. Маловероятно, чтобы в двух таких разных экспериментах случайные сбои привели к одному и томе же результату. Похоже, человечество действительно столкнулось с неизвестным физическим явлением.
Физики также указали расширение Стандартной модели, которое могло бы объяснить наблюдаемый феномен. Это один из вариантов теории суперсимметрии. Поясним в двух словах, о чём идёт речь.
Известно, что все частицы делятся на две большие группы: фермионы и бозоны. К первым относятся электроны, протоны, нейтроны и многие другие частицы. Для них выполняется так называемый принцип запрета: в квантовой системе два одинаковых фермиона не могут находиться в одном и том же состоянии. Именно этот запрет мешает всем электронам в атоме скопиться на нижнем энергетическом уровне и тем самым порождает разнообразие химических элементов. Для бозонов (фотоны, глюоны и так далее) принцип запрета не выполняется.
Согласно теории суперсимметрии, каждая частица имеет так называемого суперпартнёра, причём фермиону соответствует бозон, а бозону – фермион. Массы, заряды и другие характеристики суперпартнёров связаны между собой определённым образом.
На сегодняшний день ни для одной известной частицы не обнаружен суперпартнёр, поэтому суперсимметрия остаётся гипотезой. Однако авторы считают, что загадочные частицы, обнаруженные IceCube, могут оказаться гипотетическими "стау" – суперпартнёрами тау-нейтрино и наименьшими по массе среди суперпатрнёров каких-либо частиц. Если эта версия подтвердится, то идея суперсимметрии перейдёт в ранг экспериментально подтверждённых теорий, и Стандартную модель можно будет считать дополненной.
Напомним, что ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о возможных следах новой физики, обнаруженных на Большом адронном коллайдере.
