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

Генетики выявили старейшего известного домашнего кота Китая Генетики выявили старейшего известного домашнего кота Китая

Самая ранняя домашняя кошка жила в VIII или IX веках нашей эры

N+1
Махореро Махореро

Махореро — это редкая драгоценность для понимающих людей

Weekend
Древние люди появились в Европе почти 2 миллиона лет назад Древние люди появились в Европе почти 2 миллиона лет назад

Дата появления древних людей в Европе отодвинулась на полмиллиона лет

ТехИнсайдер
«Леша, ничего личного!» Дикие истории покупателей новых машин в России «Леша, ничего личного!» Дикие истории покупателей новых машин в России

От бешеных накруток до импульсивных покупок и попыток заработать на дефиците

РБК
Думай медленно… решай быстро Думай медленно… решай быстро

Как устроено человеческое мышление

kiozk originals
Темные светила: коричневые карлики Темные светила: коричневые карлики

Коричневые карлики – космические тела, светящие совсем недолго

Популярная механика
Посмотрите, что делается Посмотрите, что делается

Не секрет и не откровение: в наши дни сериалы — это новый черный

GQ
Нас везут к злой колдунье: история мальчика, тайно жившего в Бухенвальде Нас везут к злой колдунье: история мальчика, тайно жившего в Бухенвальде

История самого юного узника концлагеря

Cosmopolitan
Сколько стоит воссоздать родословную Сколько стоит воссоздать родословную

Сколько стоит создать родословную?

СНОБ
Одна вокруг света: преграды на пути в Колумбию и жизнь на яхте Одна вокруг света: преграды на пути в Колумбию и жизнь на яхте

142-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко

Forbes
Ivan Is Back Ivan Is Back

Алексей Чадов — сценарист, режиссер и актер в фильме «Своя война»

OK!
Генерал-рекетмейстер Генерал-рекетмейстер

Единственный портрет Боровиковского, разгадка которого заняла более полувека

Дилетант
«Мы же не можем круглыми сутками размышлять о мире во всём мире​»: как рок-звезда Боно из U2 стал венчурным инвестором «Мы же не можем круглыми сутками размышлять о мире во всём мире​»: как рок-звезда Боно из U2 стал венчурным инвестором

Боно из U2 пока что не накопил миллиард, но стремится к этому

VC.RU
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
Анализ морфологии зубов опроверг гипотезу о заселении Америки из Японии Анализ морфологии зубов опроверг гипотезу о заселении Америки из Японии

Среди ученых продолжается дискуссия о времени и маршрутах заселения Америки

N+1
Золотая лихорадка Золотая лихорадка

Что такое моделинг в Китае

Vogue
Пластика, деньги или талант? Что помогло Белле Хадид стать суперзвездой к 25-ти Пластика, деньги или талант? Что помогло Белле Хадид стать суперзвездой к 25-ти

Как Белла Хадид превратилась в супермодель-трендсеттера с мировым именем

Cosmopolitan
Поднимите нам эко! Поднимите нам эко!

Петербургские бренды косметики наводят мосты с поставщиками натурпродуктов

Собака.ru
Олеся Новикова Олеся Новикова

Новой (долгожданной!) примой Мариинского стала хрупкая красавица Олеся Новикова

Собака.ru
Все говорят о криптовалютах: стратегии инвестирования в цифровые активы Все говорят о криптовалютах: стратегии инвестирования в цифровые активы

Что нужно знать о цифровых активах для успешного инвестирования?

Популярная механика
Сила слова Сила слова

«Искусственный интеллект нужен человеку» – сообщил нам искусственный интеллект

Популярная механика
О птицах и людях О птицах и людях

Что делать, если животные отказываются жить по правилам, введенным человеком

Forbes
Лед тронулся Лед тронулся

Время снега приближается, но и глобальное потепление наступает неумолимо

Men’s Health
Не от мира сего Не от мира сего

Кто по доброй воле откажется от соцсетей? Есть такие

Psychologies
«Просвещение продолжается: В защиту разума, науки, гуманизма и прогресса» «Просвещение продолжается: В защиту разума, науки, гуманизма и прогресса»

Отрывок из книги Стивена Пинкера о достижениях человечества в борьбе с болезнями

N+1
Двойная жизнь АТФ: и «батарейка», и нейромедиатор Двойная жизнь АТФ: и «батарейка», и нейромедиатор

Каким образом клеточное «топливо» становится нейромедиатором?

Наука и жизнь
Больше не хочу краситься! Как вернуть натуральный цвет волос — мнение колориста Больше не хочу краситься! Как вернуть натуральный цвет волос — мнение колориста

Как вернуть свой цвет волос

VOICE
Археологи уточнили время создания подземного святилища в Игнатиевской пещере Археологи уточнили время создания подземного святилища в Игнатиевской пещере

Древние люди занимались в Игнатиевской пещере наскальной живописью

N+1
«Игра в кальмара»: 12 фанатских теорий, которые еще безумнее, чем сам сериал «Игра в кальмара»: 12 фанатских теорий, которые еще безумнее, чем сам сериал

Сериал, конечно, породил множество теорий, одна безумнее другой

Cosmopolitan
«Дома перестанут зависеть от внешних источников энергии» «Дома перестанут зависеть от внешних источников энергии»

Как ESG-технологии становятся фундаментом строек будущего

РБК
Открыть в приложении