Meie osakestefüüsika parim mudel puruneb õmblustesse, kuna ta võitleb universumis kõigi veidruste vastu. Nüüd tundub tõenäolisem kui kunagi varem, et see võib poputada tänu Antarktika veidrate sündmuste sarjale ...
Selle valitseva füüsika paradigma, standardmudeli, surma on ennustatud aastakümneid. Selle füüsika probleemidest on vihjeid juba olemas. Laboratoorsete katsete kummalised tulemused viitavad sellele, et tüüpilises mudelis kirjeldatust kaugemale ulatuvad uued neutriinode kummituslikud liigid. Ja universum näib olevat täis tumedat ainet, mida ükski standardmudeli osake ei suuda seletada.
Kuid hiljutised ahvatlevad tõendid võivad ühel päeval need ebamäärased andmete ahelad omavahel siduda: alates 2016. aastast on kolm korda ülitähtsad energiaosakesed plahvatanud Antarktika jää läbi, asudes detektorid Antarktika impulsiivse mööduva antenni (ANITA) katsesse, NASA õhupalli küljest külmunud pinna kohal rippuv masin.
Nagu Live Science teatas 2018. aastal, ei vasta need sündmused - koos mitmete täiendavate osakestega, mis hiljem maetud Antarktika neutriino vaatluskeskuses IceCube tuvastati - ühegi standardmudeli osakeste eeldatava käitumisega. Osakesed näevad välja nagu ülikõrge energiaga neutriinod. Kuid ülivõimsad neutriinod ei tohiks Maa kaudu läbi pääseda. See viitab sellele, et mõni teine osake - sellist, mida varem pole nähtud - paiskab end külma lõunataevasse.
Nüüd on IceCube'is töötav füüsikute meeskond pannud uues paberis tõsised kahtlused nende osakeste ühe viimase järelejäänud standardmudeli seletuse osas: kosmilised kiirendid, kosmosesse peituvad hiiglaslikud neutriinorelvad, mis perioodiliselt tulistaksid Maa peal intensiivseid neutriinolaske. Hüperaktiivsete neutriinorelvade kollektsioon kusagil meie põhjataevas oleks võinud Maale puhuda piisavalt neutriine, et oleksime avastanud meie planeedi lõunatipust välja tulistavaid osakesi. Kuid IceCube'i uurijad ei leidnud selle kogumise kohta mingeid tõendeid, mis viitab sellele, et salapäraste osakeste selgitamiseks on vaja uut füüsikat.
Selle mõistmiseks on oluline teada, miks need müsteeriumiosakesed standardmudeli jaoks nii segavad on.
Neutrinod on kõige õhemad osakesed, millest me teame; neid on raske tuvastada ja peaaegu massitu. Nad läbivad kogu meie planeedi kogu aeg - enamasti pärinevad päikesest ja harva, kui üldse, põrkuvad meie keha moodustavate prootonite, neutronite ja elektronidega ning jalgade all oleva mustusega.
Kuid süvakosmosest pärit ülikõrge energiaga neutriinod erinevad nende madala energiatarbimisega nõbudest. Palju harvem kui vähese energiatarbimisega neutriinod, neil on laiem ristlõige, mis tähendab, et nad põrkavad teistest osakestest suurema tõenäosusega läbi nende läbimisel. Ülimalt suure energiatarbimisega neutriino tõenäosus muuta see Maa läbi terveks on nii madal, et ei tasu iial oodata, et selle toimumist tuvastatakse. Sellepärast olid ANITA tuvastused nii üllatavad: tundus, nagu oleks instrument kaks korda loterii võitnud, ja siis, kui ta hakkas pileteid ostma, oli IceCube selle võitnud veel paar korda.
Ja füüsikud teavad, kui palju loteriipileteid nad pidid töötama. Paljud ülikõrge energiaga kosmilised neutriinod pärinevad kosmiliste kiirte vastastikmõjust kosmilise mikrolaine taustaga (CMB), mis on Suure Paugu nõrk järeltulek. Need kosmilised kiired suhtlevad aeg-ajalt CMB-ga just õigel viisil, et tulistada Maal kõrge energiaga osakesi. Seda nimetatakse "vooluks" ja see on sama kogu taevas. Nii ANITA kui ka IceCube on juba mõõtnud, milline näeb kosmiline neutriinovoog välja iga nende anduri jaoks ning see lihtsalt ei tekita piisavalt kõrge energiaga neutriinode väärtusi, mida võiksite oodata, kui suudaksite mõlemal detektoril isegi üks kord avastada Maalt välja lendava neutriino. .
"Kui ANITA tuvastatud sündmused kuuluvad sellesse hajusasse neutriinokomponenti, oleks ANITA pidanud mõõtma paljusid teisi sündmusi ka teistest tõusunurkadest," ütles IceCube'is töötav Genfi ülikooli füüsik Anastasia Barbano.
Kuid teoreetiliselt võis taevalaotusest kaugemal olla ka ülimahulisi neutriinoallikaid, ütles Barbano Live Scienceile: need neutriinorelvad ehk kosmilised kiirendid.
"Kui asi pole neutriinos, mis on toodetud ülikõrge energiaga kosmiliste kiirte vastastikmõjul CMB-ga, siis võivad vaatlusalused sündmused olla kas üksikute kosmiliste kiirendite poolt antud ajavahemiku jooksul toodetud neutriinod" või mõni tundmatu maapealne allikas, Ütles Barbano.
Blazars, aktiivsed galaktilised tuumad, gammakiirguspursked, tähepurkega galaktikad, galaktikate ühinemised ja magneesitud ja kiiresti pöörlevad neutronitähed on kõik sellised kiirendite kandidaadid, ütles ta. Ja me teame, et kosmilised neutriinokiirendid eksisteerivad kosmoses; 2018. aastal jälgis IceCube suure energiatarbega neutriino tagasi bleasarisse - intensiivse osakeste joaga, mis pärineb kauge galaktika keskmes asuvast aktiivsest mustast august.
ANITA korjab ainult kõige ekstreemsemad suure energiaga neutriinod, ütles Barbano, ja kui ülespoole lendavad osakesed olid standardmudelist kosmilise kiirendusega võimendatud neutriinod - kõige tõenäolisemalt tau neutriinod -, oleks valgusvihk pidanud tulema madalama dušiga. - energiaosakesed, mis oleksid IceCube madalama energiatarbimisega detektoritest käivitanud.
"Otsisime IceCube'i andmete seitsme aasta jooksul sündmusi," ütles Barbano - sündmused, mis vastasid ANITA tuvastuste nurgale ja pikkusele ning mida võiksite oodata, kui Maa peal tulistatakse märkimisväärset kosmiliste neutriinipüstolite akut. nende osakeste tootmiseks. Kuid keegi ei tulnud üles.
Nende tulemused ei välista täielikult kiirendi allika võimalust seal. Kuid need piiravad "tugevalt" võimalusi, välistades kõik kõige usutavamad stsenaariumid, mis hõlmavad kosmilisi kiirendeid ja paljusid vähem usutavaid.
"Sõnum, mida tahame avalikkusele edastada, on see, et standardmudeli astrofüüsiline seletus ei tööta ükskõik, kuidas te seda viiliksite," ütles Barbano.
Teadlased ei tea, mis edasi saab. Ei ANITA ega IceCube pole ideaalne detektor vajalike järelotsingute jaoks, ütles Barbano, jättes teadlastele väga vähe andmeid, mille põhjal nende salapäraste osakeste kohta oletusi teha. See on natuke nagu proovida hiiglaslikul mosaiikpildil pilt vaid peotäiest tükist välja mõelda.
Praegu näib, et piiratud arvu andmete jaoks sobivad paljud võimalused, sealhulgas neljas "steriilse" neutriino liik väljaspool standardset mudelit ja hulk teoreeritud tüüpi tumedaid aineid. Ükskõik milline neist seletustest oleks revolutsiooniline. Hjh. Ühtegi neist pole veel kindlalt soositud.
"Peame ootama järgmise põlvkonna neutriinodetektorit," ütles Barbano.
