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

Американские врачи выполнили первую в мире пересадку мочевого пузыря Американские врачи выполнили первую в мире пересадку мочевого пузыря

Хирурги впервые в мире пересадили пациенту мочевой пузырь от мертвого донора

N+1
Вы молекулы называете? Нет, просто переводим... Вы молекулы называете? Нет, просто переводим...

Может ли нейронная сеть правильно назвать химическое вещество по его формуле?

Наука и жизнь
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.
Почему мужчины отказывают женщинам в куннилингусе и как его делать правильно Почему мужчины отказывают женщинам в куннилингусе и как его делать правильно

Почему же мужчины отказываются от ответных оральных ласк?

Psychologies
Иметь или быть? Иметь или быть?

Как современное общество стало материалистическим

kiozk originals
Махореро Махореро

Махореро — это редкая драгоценность для понимающих людей

Weekend
«В магазин должны идти не за пивом, а к тебе»: предприниматель открывает пивные магазины для других «В магазин должны идти не за пивом, а к тебе»: предприниматель открывает пивные магазины для других

Аракелян начал с торговли в ларьках в 90-е, а сейчас открывает пивные магазины

VC.RU
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
Как омолодить лицо при помощи бровей: маскируем усталость и морщины Как омолодить лицо при помощи бровей: маскируем усталость и морщины

Если хочется выглядеть моложе, лучше возьми на вооружение наши советы

Cosmopolitan
Молодо — зелено Молодо — зелено

Каково влияние ESG-трендов на жизнь людей сегодня и завтра

РБК
10 прочнейших автомобилей, способных пересечь пустыню 10 прочнейших автомобилей, способных пересечь пустыню

Автомобили, способные пересечь пустыню не хуже тачек из «Безумного Макса»

Популярная механика
«У нас были итальянские разборки»: Бондаренко раскрыл причину развода с актрисой «У нас были итальянские разборки»: Бондаренко раскрыл причину развода с актрисой

Станислав Бондаренко высказался об отношениях с экс-избранницей Юлией Чиплиевой

Cosmopolitan
Есть ли связь между усложнением общества и уменьшением размера мозга Есть ли связь между усложнением общества и уменьшением размера мозга

Почему человеческий мозг уменьшается?

СНОБ
Стрекозы преодолели Индийский океан благодаря попутным ветрам Стрекозы преодолели Индийский океан благодаря попутным ветрам

Рыжие бродяжки мигрируют без остановок более чем на 2000 километров

N+1
«Попробовали по-русски»: как начинался и как закончился ЖЖ — колыбель современной российской публицистики и политики. Таймлайн «Попробовали по-русски»: как начинался и как закончился ЖЖ — колыбель современной российской публицистики и политики. Таймлайн

Небольшой таймлайн, связанный с историей ЖЖ

Esquire
Гляциологи провели перепись кавказских ледников Гляциологи провели перепись кавказских ледников

Площадь оледенения Кавказа уменьшилась на четверть с начала века

N+1
«Ты драматизируешь»: почему мужчины и женщины не понимают чувств друг друга «Ты драматизируешь»: почему мужчины и женщины не понимают чувств друг друга

Почему мужчины и женщины так отличаются? И как нужно выстраивать диалог?

Psychologies
Послания Павла: словарь Esquire по советам и мудростям основателя Telegram Послания Павла: словарь Esquire по советам и мудростям основателя Telegram

Главные заветы Павла Дурова

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
«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
Тропическая гостья в Москве-реке Тропическая гостья в Москве-реке

Чудо природы в Москве-реке

Наука и жизнь
Игра в десятку. Сколько будет стоить новый Lexus LX600 Игра в десятку. Сколько будет стоить новый Lexus LX600

Lexus LX600. Ну и чем он хорош?

Maxim
Генератор культуры Генератор культуры

ГЭС‑2 станет вырабатывать энергию современного искусства

AD
Наши тритоны Наши тритоны

Мини-пруд на садовом участке — интересный опыт общения с природой

Наука и жизнь
4 факта о тревожности, которые помогут вам с ней справиться 4 факта о тревожности, которые помогут вам с ней справиться

Что важно знать о тревожности, чтобы с ней справиться

Psychologies
Николай первый Николай первый

Николай Полисский — первый российский художник работающий в жанре ленд-арт

AD
Строит магазины без окон, чтобы люди теряли счёт времени и думали о покупках: как IKEA заставляет тратить больше Строит магазины без окон, чтобы люди теряли счёт времени и думали о покупках: как IKEA заставляет тратить больше

Большая часть продаж IKEA приходится на незапланированные покупки посетителей

VC.RU
«Разводиться или нет?»: почему женщины не решаются на разрыв отношений «Разводиться или нет?»: почему женщины не решаются на разрыв отношений

Женщина, задумывающаяся над вопросом «уйти или остаться», переживает свой ад

Psychologies
Cамка богомола, Декстер и ангарский маньяк: сериалы о самых странных убийцах Cамка богомола, Декстер и ангарский маньяк: сериалы о самых странных убийцах

Сериалы о маньяках и пугают, и завораживают одновременно

Cosmopolitan
10 актеров одной роли, чья дальнейшая карьера не сложилась, — где они сегодня? 10 актеров одной роли, чья дальнейшая карьера не сложилась, — где они сегодня?

Актеры одной роли, которым так и не удалось прыгнуть выше головы

Cosmopolitan
Открыть в приложении