Нам теперь точно необходима Новая физика

N+1Наука

Чистая аномалия

Марат Хамадеев

Осень 2021 года ознаменовалась публикациями результатов сразу двух экспериментов, связанных с поиском стерильных нейтрино — гипотетических частиц, выходящих за рамки Стандартной модели. Степень их точности позволяет официально заявить о том, что нам теперь точно необходима Новая физика. Обе работы пока не прошли рецензирование в научных журналах. Разбираемся, что может значить для современной физики правота авторов этих статей — и чего нам ждать дальше.

Нейтрино появились в физике частиц почти сто лет назад — как решение проблемы с несоблюдением законов сохранения энергии в бета-распаде. До открытия нейтрино бета-распад, наблюдавшийся в ядрах, представляли как превращение нейтрона в протон с испусканием одного лишь электрона. Учитывая, что ни протон, ни нейтрон никуда не убегают, кинетическая энергия электрона должна была принимать строго определенное значение, либо дискретный их набор. В реальности же спектр электронов оказывался всегда непрерывным. Решение этой проблемы предполагало либо нарушение закона сохранения энергии, либо введение новой частицы, которая делила с электроном эту энергетическую разницу случайным образом. Физики выбрали второй путь.

Через двадцать лет практически неуловимую частицу — она участвует только в слабом и гравитационном взаимодействии, поэтому в буквальном смысле проходит сквозь материю — поймали, и физики поняли, что приняли правильное решение. Вскоре стало ясно, что каждому лептону: электрону, мюону и таону — соответствует свой безмассовый нейтрино. Все они заняли свое место в Стандартной модели.

Стандартная модель элементарных частиц. Lord Akryl / wikimedia commons / CC BY-SA 4.0

Практически сразу после своего рождения нейтринная модель столкнулась с трудностями. Наблюдения за потоками нейтрино, долетающими до нас от Солнца показали, что доля электронных нейтрино в них в три раза меньше, чем предсказывает Стандартная солнечная модель, описывающая физику процессов в нашей звезде. Похожие проблемы возникли и при изучении долей мюонных нейтрино, возникающих в атмосфере вместе с мюонами при ее бомбардировке космическими лучами. Все эти затруднения объяснил механизм нейтринных осциляций, описывающий превращение нейтрино разных типов друг в друга. Их экспериментальное подтверждение стало поводом для присуждения Нобелевской премии в 2015 году.

Превращение нейтрино одного типа в нейтрино другого носит вероятностных характер. Эта вероятность периодически зависит от расстояния, которое пролетает нейтрино. Ее осцилляции происходят тем чаще, чем больше разность квадратов масс обеих частиц. Причиной осцилляций становится тот факт, что состояния с определенным ароматом (квантовым числом, характеризующим тип лептона), говоря на языке квантовой механики, не являются состояниями с определенной массой.

Предполагаемая зависимость ароматического состава нейтрино с энергией 4 мегаэлектронвольт от пройденного им расстояния. P. Vogel et al. / Nature Communications, 2015

Другим словами, для участия в слабых превращениях нейтрино требуется один тип квантовых чисел, в то время как для их свободного распространения — другой, поэтому летящий нейтрино постоянно находится в состоянии квантовой суперпозиции. Впрочем, в этом нейтрино не одиноки: помимо них, в подобный осцилляциях участвуют другие нейтральные частицы, например очарованный D0-мезон. Возможно, заряженные лептоны тоже могли бы превращаться друг в друга, но превращениям электрона в мюон или в таон мешает гигантская разница их масс, которая существенно превышает неопределенности их измерения и потому мгновенно разрушает квантовую суперпозицию.

Стоит отметить, однако, одну важную особенность нейтринных осцилляций, которая нам еще понадобится. То, что нейтрино в принципе могут осциллировать, говорит, что у них есть массы и даже позволяет вычислить разности их квадратов (7,5×10

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

«Ночные кошмары: Нарушения сна и как мы с ними живем наяву» «Ночные кошмары: Нарушения сна и как мы с ними живем наяву»

Что науке известно о галлюцинациях, связанных со сном

N+1
Отношения с абьюзером — путь к посттравматическому расстройству Отношения с абьюзером — путь к посттравматическому расстройству

Что такое посттравматическое расстройство и как с ним бороться

Psychologies
Исследование: духи разрушают защитное поле организма. К чему это может привести? Исследование: духи разрушают защитное поле организма. К чему это может привести?

Использование духов и лосьонов способно нарушить микробиом кожи человека

Inc.
Странные и смешные тени, сфотографированные при обычных обстоятельствах (галерея) Странные и смешные тени, сфотографированные при обычных обстоятельствах (галерея)

Авторам этих фотографий попалось, действительно, нечто особенное!

Maxim
7 фруктов, которые нельзя хранить в холодильнике: мнение шеф-повара 7 фруктов, которые нельзя хранить в холодильнике: мнение шеф-повара

Каким фруктам не место в холодильнике

VOICE
Диабулимия: смертельное пищевое расстройство, о котором мало кто слышал Диабулимия: смертельное пищевое расстройство, о котором мало кто слышал

Диабулимия – пищевое расстройство, которое встречается у пациентов с диабетом

Cosmopolitan
Что общего у нейронов с яичницей Что общего у нейронов с яичницей

Рак можно распознать в самый первый момент, когда опухоль только формируется

Наука
Как исследуют ускоряющуюся Вселенную? Как исследуют ускоряющуюся Вселенную?

Несмотря на все достижения, мы наблюдаем только около 5% Вселенной

Популярная механика
Как с разных планет Как с разных планет

Ученые и бизнесмены не могут найти общий язык по теме климатических изменений

РБК
«Вряд ли мы перестали любить»: как устроен аудиоспектакль по письмам великих людей к их возлюбленным «Вряд ли мы перестали любить»: как устроен аудиоспектакль по письмам великих людей к их возлюбленным

Аудиоспектакль-прогулка, декорациями проекта стал город Санкт-Петербург

Esquire
Почему вятичи ватные? Почему вятичи ватные?

Как полюбить историю и даже получать от неё удовольствие?

ПУСК
Диета против аллергии: смягчить симптомы и сбросить вес Диета против аллергии: смягчить симптомы и сбросить вес

Облегчить течение аллергии можно, скорректировав рацион

Cosmopolitan
Он не влюбленный, он маньяк! 5 сериалов, которые научат тебя разбираться в людях Он не влюбленный, он маньяк! 5 сериалов, которые научат тебя разбираться в людях

Сериалы, в которых под маской милого принца прятался опасный маньяк

Cosmopolitan
Сколько стоит воссоздать родословную Сколько стоит воссоздать родословную

Сколько стоит создать родословную?

СНОБ
Екатерина Попова о 10 вещах, которые не должна делать женщина после 30 лет Екатерина Попова о 10 вещах, которые не должна делать женщина после 30 лет

К 30 годам женщина должна перестать делать эти вещи

VOICE
Ученые исследовали лунные нейтрино: необычные космические частицы Ученые исследовали лунные нейтрино: необычные космические частицы

Исследования частиц сделают Луну новым источником нейтрино

Популярная механика
«Вы не сможете остановить освобождение женщин»: история первой исламской феминистки «Вы не сможете остановить освобождение женщин»: история первой исламской феминистки

Фатиме Заррин-Тадж Барагани Казвини — поэтесса, активистка, феминистка из Ирана

Forbes
Снятие похмелья и нормализация веса: на что способна янтарная кислота Снятие похмелья и нормализация веса: на что способна янтарная кислота

Как янтарная кислота влияет на обмен веществ

РБК
Кто этот мощный старик? Кто этот мощный старик?

Как старик сэр Ранульф Файнс покорил “крышу мира”

Men’s Health
«У нас есть план А, план Б и план Х» Юлия Пересильд — о съемках в космосе «У нас есть план А, план Б и план Х» Юлия Пересильд — о съемках в космосе

Юлия Пересильд рассказывает, как готовится к полету на МКС

РБК
Почему не стоит прощаться со своим внутренним ребенком Почему не стоит прощаться со своим внутренним ребенком

Несколько простых вещей помогут объединиться с вашим внутренним ребенком

GQ
Марина Казанкова: Марина Казанкова:

Интервью с актрисой Мариной Казанковой

Караван историй
«Она постоянно растет и мешает мне жить». Женщина пожаловалась на большую грудь «Она постоянно растет и мешает мне жить». Женщина пожаловалась на большую грудь

Мелисса-Мэй Лита стала недовольна рекордно большим бюстом

Cosmopolitan
В роли жертвы В роли жертвы

Постоянно рвешься спасать партнера, считая, что без тебя он пропадет?

Лиза
Без доступной среды и компенсаций: как живут семьи с детьми с диагнозом spina bifida Без доступной среды и компенсаций: как живут семьи с детьми с диагнозом spina bifida

Интервью с основательницей фонда помощи детям со spina bifida Инной Инюшкиной

Forbes
«Я думала, что плохо запоминаю людей, а оказалось, у меня «лицевая слепота» «Я думала, что плохо запоминаю людей, а оказалось, у меня «лицевая слепота»

Есть люди, лишенные способности узнавать лица в принципе

Psychologies
Что за трава — сныть, и зачем люди ее едят Что за трава — сныть, и зачем люди ее едят

Состав и полезные свойства сныти для питания, красоты и здоровья.

РБК
10 самых лучших мужских фильмов-комиксов 10 самых лучших мужских фильмов-комиксов

Суперчитатели MAXIM проголосовали за супергероя, и им суперстал…

Maxim
10 быстрых фактов о ленивцах 10 быстрых фактов о ленивцах

Оказывается, ленивцы умеют удивлять!

Maxim
Запуск без денег и раскрутка через TikTok: как устроен магазин корейской косметики с выручкой 40 млн рублей за полгода Запуск без денег и раскрутка через TikTok: как устроен магазин корейской косметики с выручкой 40 млн рублей за полгода

Наталья Мичкаева — об открытии магазина косметики в пандемию

VC.RU
Открыть в приложении