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

Начало неолита на северо-западе Южной Азии сдвинули примерно на три тысячи лет Начало неолита на северо-западе Южной Азии сдвинули примерно на три тысячи лет

Почему ученые пересмотрели хронологию поселения Мехргарх?

N+1
Полторы минуты славы Полторы минуты славы

Продюсер звезд российского TikTok рассуждает о будущем молодых инфлюенсеров

Esquire
Культурный виноград появился на Сардинии больше трех тысяч лет назад Культурный виноград появился на Сардинии больше трех тысяч лет назад

Самый ранний культурный виноград выращивали на Сардинии

N+1
Сезонные напасти Сезонные напасти

Как защитить себя и своих близких от обострения хронических заболеваний осенью?

Добрые советы
Как кофеин влияет на мозг и тело: неожиданные факты Как кофеин влияет на мозг и тело: неожиданные факты

Исследования выявили ряд интересных фактов, связанных с кофеином

Psychologies
Плохой ботокс: у девушки перекосилось лицо после неудачного укола в подбородок Плохой ботокс: у девушки перекосилось лицо после неудачного укола в подбородок

Тиктокерша поделилась историей о том, как неудачный укол ботокса изменил её лицо

Cosmopolitan
«Мы идем в гору» «Мы идем в гору»

Основательница группы «Новые Самоцветы» Инна Маликова о будущем проекта

OK!
Какие животные умеют петь? Какие животные умеют петь?

Поставленным голосом могут похвастаться даже некоторые грызуны

Популярная механика
Умная стрижка: прическа, которая идет всем и не требует укладки Умная стрижка: прическа, которая идет всем и не требует укладки

«Умная» стрижка. Рассказываем, что это такое

Cosmopolitan
Три года в Долине строил мессенджер и закрыл его: что сделал не так Юрий Лифшиц и какие уроки вынес из провала Три года в Долине строил мессенджер и закрыл его: что сделал не так Юрий Лифшиц и какие уроки вынес из провала

Какие проблемы могут возникнуть при создании мессенджера — рассказал Юрий Лифшиц

VC.RU
Дохлая жаба и папирус: как женщины справлялись с месячными в прошлом Дохлая жаба и папирус: как женщины справлялись с месячными в прошлом

Чем бы нам пришлось пользоваться, если б мы жили в Древнем Египте

Cosmopolitan
Екатерина Иванчикова. Улыбайся! Екатерина Иванчикова. Улыбайся!

Екатерина Иванчикова: «Чудеса случаются, когда ты этого действительно хочешь»

Коллекция. Караван историй
Кукушки и другие гнездовые паразиты предпочли птиц с маленькими глазами Кукушки и другие гнездовые паразиты предпочли птиц с маленькими глазами

Гнездовые паразиты выбирают в качестве хозяев пернатых с небольшими глазами

N+1
5 вредных привычек, которые заставляют нас стареть быстрее 5 вредных привычек, которые заставляют нас стареть быстрее

Ряд привычек может пагубно сказаться на состоянии нашего организма

Psychologies
Автобудущее Автобудущее

Мы находимся на пороге одних из самых быстрых перемен в работе транспорта

Популярная механика
Яичная диета: похудеть, но не закукарекать Яичная диета: похудеть, но не закукарекать

Как безопасно худеть на яйцах?

Cosmopolitan
Топ-5 самых странных моментов бондианы Топ-5 самых странных моментов бондианы

Даже в фильмах о легендарном спецагенте есть киноляпы

Maxim
Вместо школы: несколько эффективных способов заняться собственным образованием Вместо школы: несколько эффективных способов заняться собственным образованием

Чтобы самообразование было продуктивным, к нему следует относиться как к проекту

Inc.
Феминизм, шаманство и тату: четыре художницы из Якутии, которых нужно знать Феминизм, шаманство и тату: четыре художницы из Якутии, которых нужно знать

Четыре наиболее интересных современных якутских художницы

СНОБ
Ближний космос Ближний космос

Станет ли космический туризм привычным делом уже в ближайшие годы?

Robb Report
Луи-Филипп: король баррикад и олигархов Луи-Филипп: король баррикад и олигархов

«Король-буржуа» оказался последним Бурбоном на троне Франции

Дилетант
Польские археологи раскопали на вилле центуриона древнеримскую посуду Польские археологи раскопали на вилле центуриона древнеримскую посуду

Археологи обнаружили набор качественной глиняной посуды в доме центуриона

N+1
Двери открыты Двери открыты

Анастасия Красовская — о съемках «Герды» и моделинге

OK!
Эконом минус Эконом минус

О неудачных попытках женщины сэкономить

Cosmopolitan
Многообещающие инновации 2010-х, которые оказались никому не нужны Многообещающие инновации 2010-х, которые оказались никому не нужны

Подборка для профилактики неоправданных ожиданий

Maxim
6 моментов, которые многое расскажут вам о характере человека 6 моментов, которые многое расскажут вам о характере человека

Благодаря умению разбираться в людях мы понимаем, кому стоит доверять

Psychologies
Исследование Lego: игрушки развивают гендерные стереотипы у детей, особенно у мальчиков Исследование Lego: игрушки развивают гендерные стереотипы у детей, особенно у мальчиков

Игрушки ограничивают мышление детей

Inc.
25 отличных хорроров, которые можно посмотреть на Netflix прямо сейчас 25 отличных хорроров, которые можно посмотреть на Netflix прямо сейчас

Хорроры: от признанной классики до глупых фильмов категории B

Правила жизни
Круглые черви покормили личинок желточным молоком Круглые черви покормили личинок желточным молоком

Биологи обнаружили у нематод аналог грудного молока

N+1
«Что-то не так с Гэлвинами». Как одна семья помогла ученым исследовать природу шизофрении «Что-то не так с Гэлвинами». Как одна семья помогла ученым исследовать природу шизофрении

История семьи, в которой у шести детей из двенадцати диагностировали шизофрению

СНОБ
Открыть в приложении