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 старой коллекции находок из Костёнок нашли три кроманьонских зуба В старой коллекции находок из Костёнок нашли три кроманьонских зуба

Ученые обнаружили три кроманьонских человеческих зуба в Костёнки-1

N+1
В Австрии нашли древнюю золотую чашу с солярной символикой В Австрии нашли древнюю золотую чашу с солярной символикой

Редкому артефакту урнопольской культуры оказалось более 3000 лет

N+1
Что будет с журналистикой в эпоху искусственного интеллекта? Узнайте мнение эксперта! Что будет с журналистикой в эпоху искусственного интеллекта? Узнайте мнение эксперта!

С какими рисками и возможностями столкнется журналистика с развитием ИИ?

ТехИнсайдер
«Меня били в детстве»: как отпустить старые обиды? «Меня били в детстве»: как отпустить старые обиды?

Что делать, если детские травмы не дают покоя?

Psychologies
Как психологическое состояние влияет на сексуальную жизнь Как психологическое состояние влияет на сексуальную жизнь

Половая жизнь — это не только физиология, но и сложный эмоциональный процесс

Правила жизни
Длиною в жизнь Длиною в жизнь

Жизнь человека как биологического вида конечна?

Grazia
«Я не продаю лапшу быстрого приготовления — я даю людям время» «Я не продаю лапшу быстрого приготовления — я даю людям время»

Момофоку Андо придумал наборы из высушённой вермишели и пакетиков специй

VC.RU
Археологи обнаружили в могиле таштыкской культуры свидетельства древней эксгумации Археологи обнаружили в могиле таштыкской культуры свидетельства древней эксгумации

Археологи исследуют таштыкские погребальные обряды

N+1
Раскрашиваем котика Раскрашиваем котика

Откуда берутся цвета и узоры на кошачьей шкуре

N+1
Как оказать себе первую психологическую помощь? Как оказать себе первую психологическую помощь?

Как научиться самостоятельно оказывать себе психологическую помощь?

Psychologies
Что помогло Юлии Пересильд стать первой в мире актрисой, полетевшей в космос Что помогло Юлии Пересильд стать первой в мире актрисой, полетевшей в космос

Актриса Юлия Пересильд и режиссер Клим Шипенко отправились в космос

Cosmopolitan
Титановые ногти: новый вид маникюра, который устраняет ломкость и слоение Титановые ногти: новый вид маникюра, который устраняет ломкость и слоение

Крепкие ногти — несбыточная мечта многих девушек

Cosmopolitan
«ГИБДД может задержать на 48 часов». Что будет, если не оплатить штраф «ГИБДД может задержать на 48 часов». Что будет, если не оплатить штраф

Как долго можно не оплачивать штрафы

РБК
ПМС: инструкция по выживанию для мужчин ПМС: инструкция по выживанию для мужчин

ПМС — этого врага ты должен знать в лицо

Maxim
Купе на двоих Купе на двоих

Сейди Хаарла, рассказала о любви к поездам, одиночестве и русском языке

Grazia
«Парень опозорил меня перед всей семьей, оценив мою готовку на 6 баллов из 10​​» «Парень опозорил меня перед всей семьей, оценив мою готовку на 6 баллов из 10​​»

Представьте, что вы приготовили ужин. И он понравился всем, кроме любимого

Psychologies
Казнить нельзя помиловать: стоит ли прощать мужчине ошибки Казнить нельзя помиловать: стоит ли прощать мужчине ошибки

Когда в отношениях стоит простить партнера и попытаться найти компромисс?

Лиза
«Я чувствую себя девственницей!» Женщина полностью отказалась от секса на 3 года «Я чувствую себя девственницей!» Женщина полностью отказалась от секса на 3 года

Тереза Брукс в 49 лет решила полностью отказаться от интимной близости

Cosmopolitan
«Всегда эксперимент». Краткий гид по российскому портвейну «Всегда эксперимент». Краткий гид по российскому портвейну

Какой портвейн достоин вашего внимания?

СНОБ
Еще 15 стыдных вещей, которые делает каждая женщина Еще 15 стыдных вещей, которые делает каждая женщина

В чем девушки никогда не признаются

Maxim
Еще 10 фильмов, изображающих Россию в самом неприглядном свете Еще 10 фильмов, изображающих Россию в самом неприглядном свете

Кино про российскую действительность, от которой хочется схватиться за голову

Maxim
Игра в ассоциации Игра в ассоциации

Красочный интерьер для ценителей современного искусства

SALON-Interior
Герои всегда идут в обход Герои всегда идут в обход

Истории из жизни «Большой Перемены»: как ребятам помогают педагоги и кураторы?

ПУСК
Почему нам так нравятся жестокие фильмы и сериалы Почему нам так нравятся жестокие фильмы и сериалы

Насколько для нас может быть вредно экранное насилие?

Популярная механика
Фамильные ценности Фамильные ценности

Современные люди относятся к своим фамилиям по-дворянски

Наука
10 самых разочаровывающих туристических достопримечательностей мира 10 самых разочаровывающих туристических достопримечательностей мира

Оказывается, в мире полно туристических мест, которые стоит облетать стороной

Maxim
«У нас есть план А, план Б и план Х» Юлия Пересильд — о съемках в космосе «У нас есть план А, план Б и план Х» Юлия Пересильд — о съемках в космосе

Юлия Пересильд рассказывает, как готовится к полету на МКС

РБК
Блогер, комик, Гуф: кому пришлось извиняться за шутки по национальному признаку Блогер, комик, Гуф: кому пришлось извиняться за шутки по национальному признаку

С развитием соцсетей неаккуратно сказанное слово может обернуться против тебя

Cosmopolitan
О чем не расскажут риэлторы: безопасно ли жить там, где кто-то умер? О чем не расскажут риэлторы: безопасно ли жить там, где кто-то умер?

Стоит ли избегать квартир, в которых произошла смерть?

Psychologies
Средиземноморская диета: что говорят о ней отзывы Средиземноморская диета: что говорят о ней отзывы

Рассказываем о плюсах и минусах средиземноморской диеты и делимся идеями меню

Cosmopolitan
Открыть в приложении