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

Трансмонный кубит достиг миллисекундной когерентности Трансмонный кубит достиг миллисекундной когерентности

Физики изготовили трансмонные кубиты из напыленной пленки ниобия

N+1
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
Гравитационное микролинзирование помогло выявить систему из звезды, коричневого карлика и экзопланеты Гравитационное микролинзирование помогло выявить систему из звезды, коричневого карлика и экзопланеты

Микролинзирование помогло обнаружить пару из красного и коричневого карликов

N+1
Яичная диета: похудеть, но не закукарекать Яичная диета: похудеть, но не закукарекать

Как безопасно худеть на яйцах?

Cosmopolitan
Возможно, математик раскрыл тайну красивейших птичьих мурмураций Возможно, математик раскрыл тайну красивейших птичьих мурмураций

Математик Энди Рейнольдс, возможно, разгадал тайну птичьих мурмураций

ТехИнсайдер
«С нуля до профи» «С нуля до профи»

Какие знания и умения необходимы лидеру для проведения ESG-трансформации

РБК
Поговори со мною, мама Поговори со мною, мама

Людмила Борисовна Нарусова написала письмо Ксении Собчак

Tatler
«Синдром старшей сестры»: почему он возникает и как влияет на наше будущее «Синдром старшей сестры»: почему он возникает и как влияет на наше будущее

Рассказываем об истоках «синдрома старшей сестры» и возможных его последствиях

Psychologies
Айрис Апфель Айрис Апфель

Икона стиля Айрис Апфель отмечает сотый день рождения

Grazia
В Баварии нашли останки раннесредневековой модницы и мужчины-воина В Баварии нашли останки раннесредневековой модницы и мужчины-воина

Немецкие археологи раскопали раннесредневековый некрополь

N+1
10 советов от того, кто стал миллионером в 37 10 советов от того, кто стал миллионером в 37

«Правила жизни» Криса Рейнинга, которые помогли ему достичь успеха

Psychologies
Плакал кровью: 7 страшилок из ужастиков, которые оказались реальными болезнями Плакал кровью: 7 страшилок из ужастиков, которые оказались реальными болезнями

Режиссеры фильмов ужасов вдохновляются настоящими историями из жизни

Cosmopolitan
«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
«У нас общий бюджет»: Ханна и Пашу тратят на домашний персонал 2 млн в месяц «У нас общий бюджет»: Ханна и Пашу тратят на домашний персонал 2 млн в месяц

Ханна (Анна Иванова) и Пашу (Павел Курьянов) готовы щедро платить за комфорт

Cosmopolitan
На долгую память: как повысить стойкость перманентного макияжа На долгую память: как повысить стойкость перманентного макияжа

Перманентный макияж был создан для тех, кому не по душе заботы о красоте

Cosmopolitan
Челюсть койота оказалась древнейшими останками собаки в Америке Челюсть койота оказалась древнейшими останками собаки в Америке

Палеозоологи пересмотрели видовую принадлежность находки из Коста-Рики

N+1
«Вы не сможете остановить освобождение женщин»: история первой исламской феминистки «Вы не сможете остановить освобождение женщин»: история первой исламской феминистки

Фатиме Заррин-Тадж Барагани Казвини — поэтесса, активистка, феминистка из Ирана

Forbes
Закон убывающей отдачи: как достигать успеха без лишних усилий и выгорания Закон убывающей отдачи: как достигать успеха без лишних усилий и выгорания

Как прикладывать меньше усилий и получать лучший результат

Forbes
«Застенчивая девушка»: принцесса Диана до свадьбы с Чарльзом работала няней «Застенчивая девушка»: принцесса Диана до свадьбы с Чарльзом работала няней

Подробности жизни принцессы Дианы до того, как она вышла замуж за Чарльза

Cosmopolitan
Выходи за толстого: 20 самых глупых советов наших мам и бабушек про отношения Выходи за толстого: 20 самых глупых советов наших мам и бабушек про отношения

Сеть переполнена «секретами наших бабушек», которые помогут сохранить брак

Cosmopolitan
Торнадо многозадачности: как использовать «соковыжималку» для борьбы с тревогой Торнадо многозадачности: как использовать «соковыжималку» для борьбы с тревогой

Отрывок из книги «Разберись с тревогой» Риса Уильямс

Forbes
Вызов, который стоит принять Вызов, который стоит принять

Мы пообщались с победителями и призерами Паралимпиады в Токио

Добрые советы
Из бухгалтера в визажиста: как я изменила свою судьбу Из бухгалтера в визажиста: как я изменила свою судьбу

Как часто, идя на поводу у страхов, мы занимаемся нелюбимыми делами

Psychologies
Food-Tech. Даркстор-доставка Food-Tech. Даркстор-доставка

Дарксторы сражаются с районными супермаркетами за семейный бюджет

Esquire
Преждевременно побелевшие канадские зайцы не стали легкой добычей для хищников Преждевременно побелевшие канадские зайцы не стали легкой добычей для хищников

Американские беляки приобрели белую окраску до того, как выпал снег

N+1
Квартира на максималках: 6 cоветов по выбору квартиры мечты Квартира на максималках: 6 cоветов по выбору квартиры мечты

6 советов, которые помогут не прогадать с выбором квартиры

Maxim
Неудачные свидания после знакомства в интернете: 5 историй Неудачные свидания после знакомства в интернете: 5 историй

Кому-то удается найти себе пару через приложения, но точно не нашим героям

Psychologies
“Меня зовут _____”: множественные лица Зодиака “Меня зовут _____”: множественные лица Зодиака

Профайл на самого неуловимого убийцу в истории

Esquire
Не из твоего романа: 13 литературных героев, с которыми отношений не построишь Не из твоего романа: 13 литературных героев, с которыми отношений не построишь

Среди персонажей известных книг есть как хорошие люди, так и мерзавцы

Cosmopolitan
Вызов, который стоит принять Вызов, который стоит принять

Победители и призеры Паралимпиады в Токио

Лиза
Открыть в приложении