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

«Песнь клетки: Медицинские исследования и новый человек» «Песнь клетки: Медицинские исследования и новый человек»

Что переносит система циркуляции крови

N+1
10 малоизвестных производителей самолётов Германии 10 малоизвестных производителей самолётов Германии

Германия – одна из лидирующих стран по количеству авиастроительных производств

Популярная механика
Плюшеголовые сойки не сумели воспользоваться инструментом Плюшеголовые сойки не сумели воспользоваться инструментом

Плюшеголовые разноцветные сойки не могут решить задачу с инструментами

N+1
Кофемашины: какими бывают и какую лучше выбрать Кофемашины: какими бывают и какую лучше выбрать

Рассказываем, какими бывают кофеварки, и в чем преимущества каждого типа

CHIP
Два месяца под землей без света и общения с людьми: эксперимент Мишеля Сифра Два месяца под землей без света и общения с людьми: эксперимент Мишеля Сифра

Как проходил эксперимент Мишеля Сифра и к каким он пришел выводам

ТехИнсайдер
Воздух станет чище, а вода — легче Воздух станет чище, а вода — легче

Как En+ Group собирается извлечь выгоду из «зеленого» энергоперехода

Эксперт
Пишет код «на туманном Олимпе»: физик-программист уже 2,5 года работает в виртуальной реальности по 9 часов в день Пишет код «на туманном Олимпе»: физик-программист уже 2,5 года работает в виртуальной реальности по 9 часов в день

Как программист обустроил себе рабочее место в виртуальной реальности

VC.RU
Двойная жизнь АТФ: и «батарейка», и нейромедиатор Двойная жизнь АТФ: и «батарейка», и нейромедиатор

Каким образом клеточное «топливо» становится нейромедиатором?

Наука и жизнь
Ученые назвали топ-30 раздражающих привычек, которые чаще всего приводят к ссорам Ученые назвали топ-30 раздражающих привычек, которые чаще всего приводят к ссорам

Что больше всего раздражает людей в своих парнях и девушках

Maxim
Как в США несколько лет сражались за яйца — история одной нелепой войны Как в США несколько лет сражались за яйца — история одной нелепой войны

Война за яйца: в ходе неё гибли люди и едва ли не погибла целая экосистема

Популярная механика
5 важных навыков для достойной жизни после 50 5 важных навыков для достойной жизни после 50

Чего от нас ждут окружающие после 50? И что нужно нам самим?

Psychologies
Полезные советы и лайфхаки домашнего мастера Полезные советы и лайфхаки домашнего мастера

Нехитрые решения для хитрых задач

Популярная механика
«Терпят измены, лишь бы не работать»: экс-муж Полины Гагариной осудил содержанок «Терпят измены, лишь бы не работать»: экс-муж Полины Гагариной осудил содержанок

Дмитрий Исхаков высказался о взаимоотношениях женщин и мужчин

Cosmopolitan
Мужчина женился на девушке после констатации смерти мозга, чтобы стать вдовцом Мужчина женился на девушке после констатации смерти мозга, чтобы стать вдовцом

Грег Питерс решил провести свадебную церемонию, несмотря на смерть невесты

Cosmopolitan
Фильмы и сериалы, которые — случайно или нарочно — учат зрителей плохому Фильмы и сериалы, которые — случайно или нарочно — учат зрителей плохому

Иногда киноделы могут случайно научить опасным вещам

Maxim
Избирательный порядок Избирательный порядок

Один из столпов политической системы — с формальной и неформальной стороны

Наука
Исследование: 60% россиянок считают, что расходы на беременность — забота мужчины Исследование: 60% россиянок считают, что расходы на беременность — забота мужчины

Россиянки считают, что отец должен взять на себя расходы на беременность

Forbes
Как правильно бегать: 9 полезных советов Как правильно бегать: 9 полезных советов

Что нужно делать до, во время и после выхода на беговую тропинку

VOICE
Люди и портреты. Стоит ли злиться на Моргенштерна за слова о Дне победы Люди и портреты. Стоит ли злиться на Моргенштерна за слова о Дне победы

Даже среди патриотов казенщина о Дне Победы вызывает раздражение

СНОБ
6 токсичных представлений о любви 6 токсичных представлений о любви

Влюбившись, мы ждем, что любовь станет ответом на все вопросы

Psychologies
Объясняем на пальцах, кто такие Пересильд и Шипенко, и чего ждать от фильма «Вызов» Объясняем на пальцах, кто такие Пересильд и Шипенко, и чего ждать от фильма «Вызов»

Уже сейчас очевидно, что космический кинофильм «Вызов» никогда не окупится

Maxim
«Я больше не боюсь ездить в лифте»: как гипноз спасает от панических атак «Я больше не боюсь ездить в лифте»: как гипноз спасает от панических атак

Как работает гипноз и может ли он действительно помочь?

Psychologies
Карбон звучащий Карбон звучащий

Из карбона теперь делают музыкальные инструменты

Популярная механика
Лети-лети, лепесток: глава книги  Лети-лети, лепесток: глава книги

Книга Эми Стюарт о бизнесе торговли цветами

Esquire
Диалектика времени Диалектика времени

Как размышления о времени способствовали развитию человеческой цивилизации

Вокруг света
Раскрашиваем котика Раскрашиваем котика

Откуда берутся цвета и узоры на кошачьей шкуре

N+1
Как отбить молодую мать у ребенка: 9 простых советов, которые помогут снова почувствовать себя бездетным Как отбить молодую мать у ребенка: 9 простых советов, которые помогут снова почувствовать себя бездетным

Как наладить отношения после рождения ребенка?

Maxim
10 норм поведения в обществе, которые пора пересмотреть 10 норм поведения в обществе, которые пора пересмотреть

10 вещей, которые пора разрешить, потому что нам, интровертам, так удобнее

Maxim
Почему важно следить за давлением в шинах: советы водителям Почему важно следить за давлением в шинах: советы водителям

Неправильное давление в шинах может обернуться серьезными проблемами

РБК
На Мальорке обнаружили древний бронзовый меч балеарского типа На Мальорке обнаружили древний бронзовый меч балеарского типа

Археологи обнаружили бронзовый меч балеарского типа 793 года до нашей эры

N+1
Открыть в приложении