Cel mai bun model al nostru de fizică a particulelor este izbucnit la cusături, deoarece se luptă să conțină toată ciudățenia din univers. Acum, pare mai probabil ca niciodată să apară, datorită unei serii de evenimente ciudate din Antarctica ...
Moartea acestei paradigme fizice domnitoare, Modelul Standard, a fost prevăzută de zeci de ani. Există indicii ale problemelor sale în fizica pe care o avem deja. Rezultatele ciudate din experimentele de laborator sugerează pâlpâirile de noi specii fantastice de neutrini, dincolo de cele trei descrise în modelul standard. Iar universul pare plin de materie întunecată pe care nici o particulă din Modelul Standard nu o poate explica.
Însă, recentele dovezi tentante s-ar putea lega într-o zi acele șiruri vagi de date: de trei ori din 2016, particulele de energie ultra-înaltă au explodat prin gheața Antarcticii, punând la cale detectoarele din Antena Impulsivă Antiană Tranzitorie (ANITA), un experiment mașină care se prinde dintr-un balon NASA, deasupra suprafeței înghețate.
După cum a raportat Live Science în 2018, acele evenimente - împreună cu câteva particule suplimentare detectate ulterior la observatorul îngropat cu neutrino antarctic IceCube - nu se potrivesc cu comportamentul scontat al particulelor modelului standard. Particulele arată ca niște neutrini cu energie foarte mare. Însă neutrinii cu energie foarte mare nu ar trebui să poată trece pe Pământ. Asta sugerează că un alt fel de particule - una care nu a mai fost văzută până acum - se aruncă singură în cerul rece de sud.
Acum, într-o nouă lucrare, o echipă de fizicieni care lucrează la IceCube au pus la îndoială grele una dintre ultimele explicații ale modelului standard rămas pentru aceste particule: acceleratoare cosmice, arme de neutrino gigant care se ascund în spațiu care ar trage periodic gloanțe de neutrino intens pe Pământ. O colecție de tunuri de neutrino hiperactive undeva pe cerul nostru nordic ar fi putut arunca pe Pământ suficienți neutrini pentru a detecta particule care ies din vârful sudic al planetei noastre. Dar cercetătorii IceCube nu au găsit dovezi ale acestei colecții acolo, ceea ce sugerează că trebuie să fie nevoie de fizică nouă pentru a explica particulele misterioase.
Pentru a înțelege de ce, este important să știți de ce aceste particule de mister sunt atât de neliniștitoare pentru modelul standard.
Neutrinii sunt cele mai slabe particule despre care știm; sunt dificil de detectat și aproape fără masă. Ele trec tot timpul pe planeta noastră - provin în mare parte de la soare și rareori, dacă vreodată, se ciocnesc cu protonii, neutronii și electronii care alcătuiesc corpul nostru și murdăria de sub picioarele noastre.
Însă neutrinii cu energie foarte mare din spațiul profund sunt diferiți de verii lor cu consum redus de energie. Mult mai rare decât neutrinii cu consum redus de energie, au „secțiuni transversale” mai largi, ceea ce înseamnă că sunt mai susceptibili să se ciocnească cu alte particule pe măsură ce trec prin ele. Șansele ca un neutrin cu energie ultra-mare să îl facă pe Pământ intact sunt atât de scăzute încât nu te-ai aștepta niciodată să detectezi că se întâmplă. De aceea, detectările ANITA au fost atât de surprinzătoare: parcă instrumentul ar fi câștigat la loterie de două ori, iar IceCube a câștigat-o de câteva ori de îndată ce a început să cumpere bilete.
Și fizicienii știu câte bilete de loterie au avut de lucrat. Mulți neutrini cu energie ultra-înaltă provin din interacțiunile razelor cosmice cu fundalul cu microunde cosmic (CMB), slabul rezultat al Big Bang-ului. Din când în când, aceste raze cosmice interacționează cu CMB într-un mod corect pentru a arunca particule cu energie mare pe Pământ. Acesta se numește „flux” și este același pe tot cerul. Atât ANITA, cât și IceCube au măsurat deja cum arată fluxul de neutrini cosmici pentru fiecare dintre senzorii lor și pur și simplu nu produce suficienți neutrini cu energie mare, pe care ați fi de așteptat să detectați un neutrino care zboară de pe Pământ la oricare detector. .
"Dacă evenimentele detectate de ANITA aparțin acestei componente neutrino difuze, ANITA ar fi trebuit să măsoare multe alte evenimente sub alte unghiuri de înălțime", a spus Anastasia Barbano, un fizician al Universității din Geneva care lucrează pe IceCube.
Dar, în teorie, ar fi putut exista surse de neutrini cu energie ultra-înaltă, dincolo de fluxul de pe întregul cer, Barbano a declarat pentru Live Science: acele arme de neutrino sau acceleratoare cosmice.
"Dacă nu este vorba despre neutrini produși prin interacțiunea razelor cosmice cu energie ultra-înaltă cu CMB, atunci evenimentele observate pot fi fie neutrini produși de acceleratoarele cosmice individuale într-un interval de timp dat" sau o sursă pământească necunoscută, Spuse Barbano.
Blazars, nuclee galactice active, explozii de raze gamma, galaxii de starburst, fuziuni de galaxii și stele de neutroni cu rotire rapidă și magnetice sunt toți candidați pentru acele tipuri de acceleratoare, a spus ea. Și știm că acceleratoarele de neutrino cosmice există în spațiu; în 2018, IceCube a urmărit un neutrin cu energie mare înapoi către un blazar, un jet intens de particule provenind dintr-o gaură neagră activă din centrul unei galaxii îndepărtate.
ANITA alege doar cei mai extreme neutrini cu energie mare, a spus Barbano, iar dacă particulele care zboară în sus au fost neutrino-uri cu accelerație cosmică din Modelul Standard - cel mai probabil tau neutrinoși - atunci fasciculul ar fi trebuit să vină cu un duș de jos -particule de energie care ar fi declanșat detectoarele de energie mai mică ale IceCube.
"Am căutat evenimente în șapte ani de date despre IceCube", a spus Barbano - evenimente care se potrivesc unghiului și lungimii detectărilor ANITA, pe care ați fi de așteptat să le găsiți dacă există o baterie semnificativă de arme de neutrino cosmice care au tras pe Pământ. pentru a produce aceste particule în curs de dezvoltare. Dar niciunul nu a apărut.
Rezultatele lor nu elimină complet posibilitatea unei surse de accelerație. Dar „restricționează sever” gama de posibilități, eliminând toate scenariile cele mai plauzibile care implică acceleratoare cosmice și multe mai puțin plauzibile.
"Mesajul pe care dorim să-l transmitem publicului este că o explicație astrofizică a modelului standard nu funcționează indiferent de felul în care o feliați", a spus Barbano.
Cercetătorii nu știu ce urmează. Nici ANITA, nici IceCube nu sunt un detector ideal pentru căutările de monitorizare necesare, a spus Barbano, lăsând cercetătorilor date foarte puține pe care să își bazeze presupunerile despre aceste particule misterioase. Este un pic ca să încerci să descoperiți imaginea pe un puzzle gigant dintr-o mână de piese.
În momentul de față, multe posibilități par să se potrivească cu datele limitate, inclusiv o a patra specie de neutrino „steril” în afara modelului standard și o gamă de tipuri teoretice de materie întunecată. Oricare dintre aceste explicații ar fi revoluționare.hjh Dar niciuna nu este puternic favorizată încă.
"Trebuie să așteptăm următoarea generație de detectori de neutrino", a spus Barbano.
