Naš najboljši model fizike delcev razpoči po šivih, ko se bori, da bi vseboval vse čudnosti v vesolju. Zdaj se zdi, bolj verjetno kot kdaj koli prej, zahvaljujoč vrsti nenavadnih dogodkov na Antarktiki ...
Smrt te vladajoče paradigme fizike, Standardnega modela, se napoveduje že desetletja. V fiziki, ki jo že imamo, obstajajo namigi. Čudni rezultati laboratorijskih eksperimentov kažejo na utripanje grozljivo novih vrst nevtrinov, ki presegajo tri, opisane v standardnem modelu. In vesolje se zdi polno temne snovi, ki ga noben delček v Standardnem modelu ne zna razložiti.
Toda najnovejši zapleteni dokazi bi lahko nekega dne povezali te nejasne sklope podatkov: Trikrat od leta 2016 so ultra visoke energije delci izstrelili skozi led Antarktike in sprožili detektorje v eksperimentu Antarktična impulzivna prehodna antena (ANITA), stroj, ki visi z NASA-inoga balona daleč nad zmrznjeno površino.
Kot je leta 2018 poročala Live Science, se ti dogodki - skupaj z več dodatnimi delci, odkritimi pozneje v zakopanem antarktičnem nevtralnem observatoriju IceCube - ne ujemajo s pričakovanim vedenjem delcev standardnega modela. Delci so videti kot ultra visokoenergijski nevtrini. Toda ultra-energijski nevtrini ne bi smeli preiti Zemlje. To kaže, da se neka druga vrsta delcev - tista, ki je še nikoli nismo videli - preliva v hladno južno nebo.
Zdaj je v novem prispevku skupina fizikov, ki delajo na IceCube, postavila velike dvome v eno izmed zadnjih preostalih razlag Standardnega modela za te delce: kozmične pospeševalce, orjaške nevtrinske puške, ki se skrivajo v vesolju, ki bi občasno izstrelile intenzivne nevtrinske krogle na Zemlji. Zbirka hiperaktivnih nevtrinskih pušk nekje na našem severnem nebu bi lahko na Zemljo izstrelila dovolj nevtrinov, da bi zaznali delce, ki streljajo iz južne konice našega planeta. Toda raziskovalci IceCube tam niso našli nobenih dokazov o tej zbirki, ki bi nakazovali, da je za razlago skrivnostnih delcev potrebna nova fizika.
Če želite razumeti, zakaj, je pomembno vedeti, zakaj so ti skrivnostni delci tako moteči za standardni model.
Nevtrini so najslabši delci, ki jih poznamo; jih je težko zaznati in so skoraj množične. Ves čas prehajajo naš planet - večinoma prihajajo od sonca in se redko, če sploh, trčijo s protoni, nevtroni in elektroni, ki sestavljajo naše telo in umazanijo pod nogami.
Toda ultra-energijski nevtrini iz globokega vesolja se razlikujejo od njihovih nizkoenergičnih bratrancev. Precej redkejši kot nizkoenergijski nevtrini imajo širše "preseke", kar pomeni, da je večja verjetnost, da se bodo skozi njih trčili z drugimi delci. Kvota nevtra z ultra visoko energijo, ki omogoča, da je ves čas skozi Zemljo nedotaknjena, je tako nizka, da ne bi nikoli pričakovali, da bi zaznal dogajanje. Zato so bila odkritja ANITA tako presenetljiva: bilo je, kot da je instrument dvakrat zmagal na loteriji, nato pa je IceCube dobil še nekajkrat, takoj ko je začel kupovati vstopnice.
In fiziki vedo, koliko loterijskih vstopnic so morali delati. Številni ultra-energijski kozmični nevtrini izvirajo iz medsebojnih vplivov kozmičnih žarkov s kozmičnim mikrovalovnim ozadjem (CMB), šibkim svetlobnim svetlom velikega poka. Vsakokrat ti kozmični žarki posegajo v CMB na prav pravi način, da na Zemlji izstrelijo visokoenergijske delce. Temu se reče "fluks" in po vsem nebu je enako. Tako ANITA kot IceCube sta že izmerila, kako izgleda kozmični nevtrinski tok na vsakem od njihovih senzorjev in preprosto ne ustvarja dovolj visokoenergijskih nevtrinov, za katere bi pričakovali, da bodo katerikoli detektor odkrili nevtrino, ki leti iz Zemlje na katerem koli detektorju .
"Če dogodki, ki jih zazna ANITA, spadajo v to razpršeno nevtrino komponento, bi ANITA morala izmeriti številne druge dogodke pod drugimi višinskimi koti," je povedala Anastasia Barbano, fizika iz Ženeve z univerze v Ženevi.
Toda teoretično bi lahko obstajali ultra-visokoenergijski viri nevtrinov izven nebesnega toka, je Barbano povedal Live Science: tiste nevtrinske puške ali kozmični pospeševalci.
"Če ne gre za nevtrinose, ki nastanejo ob interakciji kozmičnih žarkov ultra visoke energije s CMB, potem so lahko opaženi dogodki bodisi nevtrini, ki jih v določenem časovnem intervalu proizvedejo posamezni kozmični pospeševalci", ali kakšen neznan zemeljski vir, Je rekel Barbano.
Blazarji, aktivna galaktična jedra, gama žarki, zvezdne eksplozije, združitve galaksij ter magnetizirane in hitro vrteče se nevtronske zvezde so dobri kandidati za tovrstne pospeševalnike, je dejala. In vemo, da kozmični nevtrinski pospeševalci obstajajo v vesolju; Leta 2018 je IceCube izsledil visokoenergijski nevtrino nazaj v blazar, intenziven curek delcev, ki prihaja iz aktivne črne luknje v središču oddaljene galaksije.
ANITA pobira samo najbolj ekstremne visokoenergijske nevtrine, je dejal Barbano, in če bi bili delci, ki so leteli navzgor, nevtrini, ki so bili povečani s kozmičnimi pospeševalci, iz standardnega modela - najverjetneje tau nevtrini -, bi moral žarek priti s prho nižje -energetski delci, ki bi sprožili IceCube detektorje nižje energije.
"Iskali smo dogodke v sedmih letih podatkov IceCube," je dejal Barbano - dogodki, ki se ujemajo z kotom in dolžino zaznav ANITA, za katere bi pričakovali, da bi našli, če bi tam zunaj streljala pomembna baterija kozmičnih nevtrinskih pušk. za proizvodnjo teh tekočih delcev. Toda noben se ni pojavil.
Njihovi rezultati ne odpravljajo povsem možnosti, da bi bil vir pospeševalnika tam zunaj. Vendar pa "močno omejijo" vrsto možnosti in odpravijo vse najbolj verjetne scenarije, ki vključujejo kozmične pospeševalnike in številne manj verjetne.
"Sporočilo, ki ga želimo posredovati javnosti, je, da astrofizična razlaga Standard Model ne deluje, ne glede na to, kako ga razrežete," je dejal Barbano.
Raziskovalci ne vedo, kaj sledi. Niti ANITA niti IceCube nista idealen detektor za potrebna nadaljnja iskanja, je dejal Barbano in raziskovalcem pustil zelo malo podatkov, na katerih lahko utemeljijo svoje predpostavke o teh skrivnostnih delcih. Malo je podobno, kot da bi poskušali razbrati sliko na velikanski sestavljanki iz le nekaj kosov.
Trenutno se zdi, da številne možnosti ustrezajo omejenim podatkom, vključno s četrto vrsto "sterilnega" nevtrina zunaj standardnega modela in vrsto teoretiziranih vrst temne snovi. Vsaka od teh razlag bi bila revolucionarna.hjh Toda nobena še ni močno naklonjena.
"Počakati moramo na naslednjo generacijo nevtrinskih detektorjev," je dejal Barbano.
