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

Плюшеголовые сойки не сумели воспользоваться инструментом Плюшеголовые сойки не сумели воспользоваться инструментом

Плюшеголовые разноцветные сойки не могут решить задачу с инструментами

N+1
Киногарантия Киногарантия

Основатель «РЕСО-Гарантия» своим главным делом считает кинематограф

Forbes
Заряженные капли отказались разбрызгиваться при ударе о твердую поверхность Заряженные капли отказались разбрызгиваться при ударе о твердую поверхность

Электричество вокруг заряженной капли предотвращает ее разбрызгивание

N+1
«Усатая» княгиня. Отрывок из книги о предпринимательницах XVIII века «Усатая» княгиня. Отрывок из книги о предпринимательницах XVIII века

Представительницы, которым удалось построить и «удержать» бизнес в XVIII веке

СНОБ
Нация умных людей Нация умных людей

История израильского экономического чуда

kiozk originals
Вечная молодость. Почему день рождения Путина больше не праздник Вечная молодость. Почему день рождения Путина больше не праздник

Приготовление рецепта вечной молодости для президента

СНОБ
Косметологи-недоучки калечат женщин! Распознаем мошенников по фото в соцсетях Косметологи-недоучки калечат женщин! Распознаем мошенников по фото в соцсетях

Проблема подпольной пластической хирургии еще не близка к разрешению

Cosmopolitan
Анжела Хачатурьян. Стальная леди советского шоу-биза Анжела Хачатурьян. Стальная леди советского шоу-биза

Анжела Хачатурьян. Стальная леди советского шоу-биза

Коллекция. Караван историй
«Скажите мне, как вас растили, и я скажу, как вы любите других» «Скажите мне, как вас растили, и я скажу, как вы любите других»

Почему порой мы в точности повторяем сценарий родительских отношений?

Psychologies
«Разум — наш самый мощный инструмент. Нет ничего, что он не мог бы осуществить» «Разум — наш самый мощный инструмент. Нет ничего, что он не мог бы осуществить»

Павел Дуров — о разуме, воле, свободе и корпорациях

Inc.
Самая известная советская эскортница: как сложилась судьба «Интердевочки» Самая известная советская эскортница: как сложилась судьба «Интердевочки»

Елена Яковлева с детства знала, что станет актрисой

Cosmopolitan
Без маски Без маски

Совсем другой Уилл Смит

GQ
Мотивация, выбор, прогресс: как работать с лучшими сотрудниками Мотивация, выбор, прогресс: как работать с лучшими сотрудниками

Области, на которых нужно сосредоточиться при наставничестве хороших сотрудников

VC.RU
Пора проявить гибкость Пора проявить гибкость

Как сохранить суставы в рабочем состоянии?

Men’s Health
Поезд с двумя неизвестными Поезд с двумя неизвестными

«Купе номер 6» как финский взгляд на русские 90-е

Weekend
Мы больше не хотим это видеть! 11 видов селфи, которые всех достали Мы больше не хотим это видеть! 11 видов селфи, которые всех достали

Все делают селфи, которые всех достали. Хватит!

Cosmopolitan
Как написать кино о Джеймсе Бонде? Рассказывают сценаристы Как написать кино о Джеймсе Бонде? Рассказывают сценаристы

Писать сценарий о Бонде — задача не из легких

Esquire
Кому и за что дали Нобелевские премии по естестественным наукам в 2021 году Кому и за что дали Нобелевские премии по естестественным наукам в 2021 году

Выбор лауреатов Нобелевской премии показывает текущее состояние мировой науки

СНОБ
Королева манто Королева манто

Перед тобой Олеся Судзиловская — приготовься к передозировке прекрасного

Maxim
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
Модернизация легенды Модернизация легенды

ВССМ «Винторез» и АСМ «Вал»

Популярная механика
«Ничего лишнего, простые формы и натуральные материалы»: как Джобс с командой разрабатывали первый магазин Apple Store «Ничего лишнего, простые формы и натуральные материалы»: как Джобс с командой разрабатывали первый магазин Apple Store

Как Том Кобе работал над Apple Store в 1999 году

VC.RU
Зачем работодателям нанимать зумеров и как заставить их работать Зачем работодателям нанимать зумеров и как заставить их работать

Как работать с зумерами?

СНОБ
Автора! Автора!

Старые добрые сценаристы тихо плачут в сторонке — за дело берутся нейросети

GQ
9 способов снять эмоциональное напряжение 9 способов снять эмоциональное напряжение

Подавленные эмоции бьют по здоровью и отношениям с близкими

Cosmopolitan
Нашли не всех: знаменитости, пропавшие при загадочных обстоятельствах Нашли не всех: знаменитости, пропавшие при загадочных обстоятельствах

Мы решили вспомнить исчезавших знаменитостей. Увы, повезло не всем

Cosmopolitan
Раскрашиваем котика Раскрашиваем котика

Откуда берутся цвета и узоры на кошачьей шкуре

N+1
«Оторви и выбрось» — самый недооцененный фильм минувшего «Кинотавра». Это надо срочно исправить «Оторви и выбрось» — самый недооцененный фильм минувшего «Кинотавра». Это надо срочно исправить

Очень важно не пропустить вторую картину Кирилла Соколова — «Оторви и выбрось»

Esquire
4 романа, которые стоит прочесть этой осенью 4 романа, которые стоит прочесть этой осенью

4 новых романа, которыми стоит пополнить свою книжную полку

Psychologies
10 автомобилей, опередивших своё время 10 автомобилей, опередивших своё время

Нам повезло – мы живём в золотой век автомобилестроения

Популярная механика
Открыть в приложении