Антарктически експеримент разкрива странни „призрачни“ неутрино, които физиците не могат да обяснят

Когато физиците откриват сигнали за високоенергийни неутрино, идващи от доста невероятна посока в Космоса, те естествено започват да търсят мощен източник, който би могъл да обясни явлението.
Интензивно проучване за най-вероятния произход на тези по-реактивни форми на „призрачни“ частици не даде резултат, което отвори пътя за по-екзотични спекулации за това, което може да стои зад странните сигнали.

Проучвайки седемгодишни данни от експеримента с лов на неутрино IceCube, голям екип от изследователи от цял свят са принудени да признаят, че конвенционалните обяснения за откритието изглеждат доста неубедително.

Неутриното е подобна на електрона частица от Стандартния модел на основни частици. За разлика от електроните обаче, неутриното има невероятно малка маса и няма заряд.

Това означава, че неутриното не се интересуват от взаимодействие с други частици. Атомното разпадане дълбоко в Слънцето изпраща потоци от неутрино през планетата всяка секунда, като само част от тях преминават достатъчно близо до атом, за да предизвика забележима реакция.

За да улови рядката появяване на неутрино, разбиващо се в замръзнала водна молекула, обсерваторията IceCube използва дълги струни от чувствително оборудване за улавяне на светлина, заровено под лед на Антарктида.

От близо десетилетие той записва стотици срещи на неутрино на ден, изграждайки огромна база данни с информация за посоките и енергиите на неутрино, преминаващо около Земята.

В същото време, от надморска височина от близо 40 километра над Антарктида, окачена на хелиев балон, Антарктическата импулсивна преходна антена (ANITA) на НАСА улавя присъствието на неутрино с невъобразимо високи енергии, блъскащи се в атоми в атмосферата.
Все още е рано и това са само първи изследвания на ANITA, но още първите му полети през последните две години успешно улавят няколко срещи на енергийните частици. Странно е, че два от сигналите са дошли не от отгоре, от небето и космоса, а отдолу, преминаващи през самата планета.

За неутрино идващо от Слънцето и обливащо Земята от всички посоки, това не би било толкова изненадващо. Но при видовете енергии, регистрирани от ANITA, се оказва, че неутрино се слива с атомите на нашата планета с много по-висока скорост, като оставя много малко от тях недокоснати.

„Обикновено се казва, че неутрино са „неуловими “или „призрачни “частици поради забележителната им способност да преминават през материал, без да се разбият в нещо“, казва астрофизикът Алекс Пицуто от Университета на Уисконсин – Мадисън в САЩ.
„Но при тези невероятни енергии неутрино са като слонове в магазин за порцелан – те стават много по-склонни да взаимодействат с частици на Земята.“

Намирането на неутрино, което си взаимодейства с частици по целия път на планетата, изисква някакво обяснение.
Разбира се, те могат да бъдат просто случайни открития на невероятно редки примери. Да имаш такъв късмет не е изключено. Но е много по-вероятно откритите частици да са „ударили“ планетата като част от огромна група.

Високоенергийните неутрино са склонни да се раждат във взаимодействия между космически лъчи и атомни ядра, преди да бъдат подложени на силен натиск от силни магнитни полета дълбоко в космоса.

Поради това изследователите разработиха статистика за това колко високоенергийни неутрино ще са необходими, за да има голям шанс ANITA да ги забележи, и преровиха данните на IceCube, за да намерят потенциални събития, които биха могли да са отговорни за превръщането им в голям брой.

„Този процес прави IceCube забележителен инструмент за проследяване на наблюденията на ANITA, тъй като за всяко аномално събитие, което ANITA открива, IceCube би трябвало да открие много, много повече“, казва физикът Анастасия Барбано от университета в Женева в Швейцария.

Първо, струва си да се има предвид, че дори и най-добре финансираните, професионални експерименти могат да бъдат податливи на грешки.

Преди по-малко от десетилетие имаше вълнение от възбуда от възможността да открием неутрино да се движи по-бързо от светлината … находка, която беше тествана дълго, преди да се установи, че е повече от вероятна грешка.

Новите открития в момента са достъпни на сайта за предварително отпечатване arXiv.org, с представяне в The Astrophysical Journal, където резултатите ще получат по-голям контрол от научната общност.
Но има няколко възможности, които можем да разгледаме дори сега и дори да смеем да си представим обяснения извън установената физика.

„Нашият анализ изключи единственото останало астрофизично обяснение на стандартния модел за аномалните събития на ANITA“, казва Пицуто. „И така, ако тези събития са реални и не се дължат само на странности в детектора, тогава те биха могли да ни насочат към физиката извън стандартния модел.“

Една от възможностите са космическите ускорители, изпомпващи изблици на неутрино във времеви мащаби, твърде кратки, за да могат учените да ги хванат с настоящата технология.
Ако искаме наистина да видим, може дори да обмислим роля за тъмната материя или да си представим нови видове частици, които действат като високоенергийни неутрино, но се произвеждат по други начини.

Има много място за въпроси и в момента търсенето на тайни за неутрино все още е в начален стадий. С толкова много предстоящо да се научи, много надежда се залага на неутрино, осигуряващи обяснения на големи мистерии, отговорите на които биха могли да доведат до новата физика.

IceCube и ANITA без съмнение ще търсят повече от тези озадачаващи високоенергийни „призраци“ с надеждата да разширят границите на физиката.