Странные частицы туннелируют сквозь Землю навстречу новой физике.

Дважды за последние 13 лет частицы из космоса проходили через Землю и поднимались в атмосферу над Антарктидой, вызывая слабые импульсы радиоволн. Импульсы были зафиксированы детектором на воздушном шаре в 35 километрах над ледяной шапкой. Эти два события указывают на дыру в стандартной модели элементарных частиц, и подводят к мысли о существовании новых частиц, утверждает группа астрофизиков в новом исследовании.

Дерек Фокс, астрофизик из Университета штата Пенсильвания, в своем твите поделился с подписчиками, что «сломал» стандартную модель. Однако Дэйв Бессон, физик из Университета Канзаса в Лоуренсе и член команды, которая первоначально наблюдала за событиями с экспериментом на воздушном шаре, не столь категоричен и пока не хочет делать громких заявлений.

Данные, вокруг которых поднялся шум, поступили с Антарктической Импульсной Транзитной Антенны (ANITA). Устройство курсирует над Южным полюсом с 2006 года. Это финансируемый НАСА эксперимент, в основном направленный на поиск неуловимых частиц, называемых нейтрино. Эти самые нейтрино должны врезаться в лед Антарктики и вызывать рассеяние частиц, которые затем испускают сигнальные радиоволны. До сих пор АНИТА еще не зарегистрировала таких сигналов. Тем не менее, прибор обнаружил радиосигналы, испускаемые космическими частицами другого типа, которые называются космическими лучами, когда они сталкивались с Землей.

Когда космические лучи, состоящие из элементарных частиц и ядер атомов, попадают в атмосферу, создают каскад вторично ионизированных высокоэнергетичных частиц, называемый атмосферным ливнем. Траектория такого каскада в магнитном поле земли изгибается, а электромагнитные волны бегут впереди, как свет фар перед машиной. Как правило, ANITA регистрирует сигнал после того, как волна отразится ото льда и достигнет воздушного шара. Иногда устройство также принимает волну, испускаемую непосредственно атмосферным ливнем и движущуюся параллельно плоскости земли.

Ключевое отличие этих сигналов в следующем: электромагнитные волны поляризованы неким образом, определяемым направлением магнитного поля земли. Если же волна отразится ото льда, поляризация перевернется, тогда как сигнал от каскада частиц сохраняет первоначальную поляризацию.

Однако, уже дважды ANITA зарегистрировала электромагнитные волны с невозмущенной поляризацией, поднимающиеся от поверхности земли, а не движущиеся вдоль линии горизонта. Это говорит о том, что сигналы передавались восходящими атмосферными ливнями, вызванными частицами, туннелировавшими сквозь Землю. На первый взгляд, здесь нет угрозы для стандартной модели. Нейтрино практически не взаимодействуют с веществом, и парочка космических нейтрино вполне способна пролететь через планету, прежде чем столкнется с атомным ядром во льду и дать начало каскаду вторично ионизированных частиц.

Тем не менее, детального рассмотрения это объяснение не выдерживает, утверждают Фокс и его коллеги. Траектории ливней дают некоторую информацию о создавших их частицах. В частности, можно понять, что эти частицы проделали путь в 5700 км до земли. Однако обширность каскада ионизированных частиц показывает, что эти частицы должны обладать энергией более 0,5 эксаэлектронвольт (0,5*1018эВ), что в 70000 раз превышает энергию, выдаваемую самым мощным ускорителем частиц. Такая энергия увеличивает вероятность того, что нейтрино будут взаимодействовать с другим веществом, а значит, нет никаких шансов, что он протуннелирует сквозь Землю.

Сами исследователи говорят, что проще всего такое явление было бы объяснить новой физикой.   Космический луч сверхвысоких энергий, падающий со стороны Ледовитого Океана, мог бы породить новый тип частиц, примерно в 500 раз более массивных, чем протон, проходящих сквозь землю до того, как они столкнутся с ядрами атомов и породят восходящий атмосферный ливень. Фокс говорит, что теория, называемая суперсимметрией, имеет ряд кандидатов, способных это провернуть. В подтверждение теории работают также и данные, получаемые от IceCube, гигантского массива детекторов частиц, погруженных в антарктический лед.

Разумеется, сама команда ANITA тоже заметила вышеуказанные события, однако Бессон предостерегает от поспешных решений. Весь анализ основывается на том, что поляризация двух каскадов частиц указывает на направление «от поверхности» Земли.  По словам исследователя, на поляризацию могли оказать влияние ряд факторов, например, поверхностные эффекты. А значит, было бы поспешным делать выводы, основываясь только на показателе поляризации.

Фокс же заявляет, что его цель — заставить сообщество серьезно отнестись к тому, что данные ANITA указывают на новую физику.  Он подчеркивает, что не претендует на открытие новой частицы, однако настаивает на том, что полученные данные выходят за рамки стандартной модели на уровне статистической достоверности физики частиц, и требуют признания как определенного открытия.

Судьба ANITA также может зависеть от дебатов на эту тему. По словам Бессона, НАСА еще не профинансировали пятый полет, и если он произойдет, то внимание будет сконцентрировано на тех странных событиях.

Что касается своего щекотливого твита, Фокс не беспокоится, что его заявление поднимет шум в прессе или научных кругах. Это же Твиттер…

Оставьте комментарий:

Ваш e-mail не будет опубликован.