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

В Хорватии нашли захоронение «вампира» В Хорватии нашли захоронение «вампира»

Чем отличаются девиантные захоронения «вампиров»?

N+1
Отступление немоты Отступление немоты

Игорь Гулин о «Кажется Эстер» Кати Петровской

Weekend
Между прошлым и будущим: 5 научных теорий о путешествиях во времени Между прошлым и будущим: 5 научных теорий о путешествиях во времени

Несколько научных гипотез о том, как перенестись в «прекрасное далеко»

ТехИнсайдер
Российский физик предложил решение загадки высокотемпературной сверхпроводимости Российский физик предложил решение загадки высокотемпературной сверхпроводимости

Виктор Лахно объяснил необычные свойства новых сверхпроводников

Популярная механика
Что такое дневник питания, как его вести: разбираемся вместе с диетологом Что такое дневник питания, как его вести: разбираемся вместе с диетологом

Дневник питания — это простой, но эффективный способ контролировать свой рацион

РБК
D-дискуссия D-дискуссия

Необходим ли регулярный приём витамина D?

Здоровье
ЗОЖ без нервов, еда для борьбы с депрессией, волшебная клетчатка: 6 книг о последних открытиях медицины ЗОЖ без нервов, еда для борьбы с депрессией, волшебная клетчатка: 6 книг о последних открытиях медицины

Книги, которые расскажут о том, как избавиться от травм детства и обрести ЗОЖ

Популярная механика
SPAсение от стресса SPAсение от стресса

Современный спа – это уже не просто массаж или парение в фитобочке

Добрые советы
Без маски Без маски

Совсем другой Уилл Смит

GQ
Актер года: Иван Янковский Актер года: Иван Янковский

Иван Янковский прошел через «Огонь» и «Топи»

GQ
Елена Нусинова — Forbes: «Сейчас говорить о журналистике почти невыносимо» Елена Нусинова — Forbes: «Сейчас говорить о журналистике почти невыносимо»

Как женщины заняли топовые позиции в российской журналистике в 1990-е?

Forbes
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
Я так вижу Я так вижу

Выставка Lady Dior As Seen By наконец приехала в Москву!

Grazia
Инженеры сами не знали, что умеет программа, а пользователи просили её упростить: так Microsoft создавала Office в 90-х Инженеры сами не знали, что умеет программа, а пользователи просили её упростить: так Microsoft создавала Office в 90-х

Как начинался путь Microsoft — рассказывает вице-президент Windows

VC.RU
Все яйца в свою корзину Все яйца в свою корзину

Птицеводы получили господдержку племенного производства

Агроинвестор
Как прокачать свои коммуникативные навыки Как прокачать свои коммуникативные навыки

Мастерство полемики, искусство взаимодействия – называйте, как хотите

GQ
Зима близко: руководство по тренировкам в холодную погоду Зима близко: руководство по тренировкам в холодную погоду

Занятия в холодное время года дают особые преимущества

Men’s Health
Мы предупреждали: правдивы ли надписи на упаковках сигарет? Мы предупреждали: правдивы ли надписи на упаковках сигарет?

Но чем обоснованы предупреждения, которые можно прочесть на упаковках сигарет?

Esquire
Карта удачи: как зарплатные проекты повышают лояльность сотрудников и доходы бизнеса Карта удачи: как зарплатные проекты повышают лояльность сотрудников и доходы бизнеса

Зарплатные карты могут послужить инструментом развития бизнеса

Forbes
Электрическое поле помогло исследовать высоколежащие ридберговские состояния атомов Электрическое поле помогло исследовать высоколежащие ридберговские состояния атомов

Китайские физики смогли измерить то, как распределяются главные квантовые числа

N+1
Почему во время секса возникает боль и как это исправить Почему во время секса возникает боль и как это исправить

Как научиться испытывать не боль, а оргазмы?

Psychologies
Сахарный детокс: я отказалась от сладкого на месяц — вот что из этого вышло Сахарный детокс: я отказалась от сладкого на месяц — вот что из этого вышло

Рассказываем результаты отказа от сахара на месяц.

Cosmopolitan
Алена Бочарова Алена Бочарова

Интервью с основательницей Beat Film Festival Аленой Бочаровой

Собака.ru
Зеленый маршрут: как начать свой путь в эковолонтерстве и увидеть мир Зеленый маршрут: как начать свой путь в эковолонтерстве и увидеть мир

Как присоединиться к эковолонтерскому проекту?

Популярная механика
Карликовая овца Карликовая овца

Порода овец, у которой могучим считается баран, весящий 20 килограммов

Weekend
Змеи утратили конечности в результате мутации генома Змеи утратили конечности в результате мутации генома

Змеи утратили конечности в ходе генетических мутаций около 150 млн лет назад

Популярная механика
Как распознать в будущем муже склонность к алкоголизму Как распознать в будущем муже склонность к алкоголизму

Как распознать в мужчине-романтике служителя «зеленого змия»

Psychologies
Отношения с абьюзером — путь к посттравматическому расстройству Отношения с абьюзером — путь к посттравматическому расстройству

Что такое посттравматическое расстройство и как с ним бороться

Psychologies
Для полного счастья Для полного счастья

Все ли тренинги и марафоны от инстаграм-гуру одинаково полезны

Glamour
Трезвые факты о фильме «Особенности национальной охоты» Трезвые факты о фильме «Особенности национальной охоты»

Фильм, который переменил всю российскую комедию

Maxim
Открыть в приложении