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

Матери шимпанзе научили потомков общению Матери шимпанзе научили потомков общению

Этологи обнаружили, что коммуникация шимпанзе формируется под влиянием матери

N+1
Зачем (и как) покупать и коллекционировать современное искусство Зачем (и как) покупать и коллекционировать современное искусство

Почему все больше людей интересуется приобретением современного искусства

РБК
«Думающие» ИИ-спутники сами выбирают момент съемки Земли «Думающие» ИИ-спутники сами выбирают момент съемки Земли

Как работает система, позволяющая спутникам анализировать обстановку

ТехИнсайдер
Человек-оркестр Человек-оркестр

Монозадачность – это не врожденное качество, а тонкое искусство

Лиза
Зачем закрывать приложения на смартфоне: борьба с цифровыми вампирами Зачем закрывать приложения на смартфоне: борьба с цифровыми вампирами

Вы когда-нибудь замечали, что ваш смартфон внезапно начинает нагреваться?

ТехИнсайдер
Короткие импульсы продлили эффект глубокой стимуляции мозга при болезни Паркинсона Короткие импульсы продлили эффект глубокой стимуляции мозга при болезни Паркинсона

Короткие импульсы тока продлили эффект глубокой стимуляции при Паркинсоне

N+1
Губы ТП-69: обходи стороной мастера, который предложит тебе такое! Губы ТП-69: обходи стороной мастера, который предложит тебе такое!

В России орудует банда «черных косметологов»

Cosmopolitan
Как позаботиться о себе, если у тебя «работа на ногах» Как позаботиться о себе, если у тебя «работа на ногах»

Реально ли избежать постоянной усталости ног от стоячей работы?

Лиза
«Все думают, он мне изменяет». Женщина рассказала о жизни с мужем-культуристом «Все думают, он мне изменяет». Женщина рассказала о жизни с мужем-культуристом

Алисия МакКарвелл об отношениях с супругом-культуристом

Cosmopolitan
Как подключить смартфон к телевизору: от простого к сложному Как подключить смартфон к телевизору: от простого к сложному

Все основные способы подключения смартфона к телевизору

CHIP
Почему зубная эмаль светло-желтая, а не идеально белая Почему зубная эмаль светло-желтая, а не идеально белая

Идеально белых от природы зубов практически не существует

Популярная механика
Подвиг офицера, который пожертвовал собой, чтобы спасти заложников во время «Норд-Оста» Подвиг офицера, который пожертвовал собой, чтобы спасти заложников во время «Норд-Оста»

Офицер предложил террористам себя в обмен на заложников в «Норд-Осте»

Maxim
Внимание на экран Внимание на экран

Почему человеческое внимание теперь ценится больше человеческой жизни

Esquire
Как кишечные бактерии влияют на мозг и развитие ментальных болезней Как кишечные бактерии влияют на мозг и развитие ментальных болезней

Настроение может меняться из-за бактерий, которые живут в кишечнике

РБК
Это моя боль Это моя боль

Так ли необходимо быть хорошей девочкой и терпеть там, где не хочется?

Tatler
Незнакомцы в нашей постели: ЗППП с неожиданной стороны Незнакомцы в нашей постели: ЗППП с неожиданной стороны

Венерические заболевания — результат беспорядочной половой жизни. Или наоборот?

СНОБ
Последнее свободное место Америки. Фотоистория Последнее свободное место Америки. Фотоистория

Город-призрак Слэб-Сити — трейлеры, скитальцы и разбитые надежды

Esquire
Как изменился секс за последние годы? Как изменился секс за последние годы?

В чем заключается особенность секса в наши дни?

Psychologies
Поступи в институт и найди себя Поступи в институт и найди себя

Почему нас задевает сюжет, когда молодые люди ищут себя вне института?

СНОБ
Поселившийся в аду Орфей. Как Георгий Иванов из любимца муз и бонвивана стал самым глубоким и печальным поэтом русской эмиграции Поселившийся в аду Орфей. Как Георгий Иванов из любимца муз и бонвивана стал самым глубоким и печальным поэтом русской эмиграции

Его называли «первым поэтом русской эмиграции», а еще «ничтожным эпигоном»

Esquire
«Эту песню не задушишь, не убьешь». Божена Рынска — о феномене русского ЖЖ и потребности высказаться «Эту песню не задушишь, не убьешь». Божена Рынска — о феномене русского ЖЖ и потребности высказаться

Божена Рынска — о героях русского ЖЖ и о том, чем плох новый интернет

Esquire
Российская адаптация. Что это и для чего нужно? Российская адаптация. Что это и для чего нужно?

Сегодня мы поговорим о региональной адаптации. Что это и зачем нужно?

4x4 Club
Делал дизайн, пока говорил по телефону: история Пола Рэнда, который создал логотипы для IBM и Стива Джобса Делал дизайн, пока говорил по телефону: история Пола Рэнда, который создал логотипы для IBM и Стива Джобса

Пол Рэнд работал арт-директором в Esquire и делал рекламу на азбуке Морзе

VC.RU
Стас Круглицкий: «Я не политик, мне нечего волноваться» Стас Круглицкий: «Я не политик, мне нечего волноваться»

Блогер Стас Круглицкий рассказал о том, планирует ли он стать музыкантом

ЖАРА Magazine
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
Счастье есть... и пить Счастье есть... и пить

Места гастрономической силы в Крыму и Краснодарском крае

Добрые советы
Чем раньше, тем успешнее. Как диагностика раннего развития ребенка поможет ему избежать проблем в будущем Чем раньше, тем успешнее. Как диагностика раннего развития ребенка поможет ему избежать проблем в будущем

Как отслеживать физическое и психологическое развитие ребенка

СНОБ
Города, ушедшие под воду Города, ушедшие под воду

Эти "Атлантиды" тысячелетиями ждут своего часа, чтобы их исследовали

Популярная механика
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
Исследование: покупатели больше доверяют компаниям с короткими и простыми названиями Исследование: покупатели больше доверяют компаниям с короткими и простыми названиями

Название бренда влияет на то, как к нему относятся покупатели

Inc.
Открыть в приложении