Náš nejlepší model fyziky částic praskne ve švech, protože se snaží zachytit veškerou podivnost ve vesmíru. Nyní se zdá být pravděpodobnější, než kdy jindy, že by se mohla objevit, díky řadě podivných událostí v Antarktidě…
Smrt tohoto vládnoucího paradigmatu fyziky, standardního modelu, byla předpovídána po celá desetiletí. Ve fyzice, kterou již máme, existují náznaky jejích problémů. Podivné výsledky laboratorních experimentů naznačují, že blikání strašidelných nových druhů neutrin je vyšší než tři popsané ve standardním modelu. A vesmír se zdá být plný temné hmoty, kterou žádná částice ve standardním modelu nedokáže vysvětlit.
Ale nedávné tantalizující důkazy by jednoho dne mohly spojit ty nejasné prameny dat dohromady: Třikrát od roku 2016 částice ultra-vysoké energie vystřelily ledem Antarktidy a spustily detektory v experimentu Antarktická impulsivní přechodná anténa (ANITA), stroj visící z balónu NASA daleko nad zmrzlým povrchem.
Jak Live Science informoval v roce 2018, tyto události - spolu s několika dalšími částicemi detekovanými později v pohřbené antarktické neutrinové observatoře IceCube - neodpovídají očekávanému chování částic standardního modelu. Částice vypadají jako ultra vysokoenergetická neutrina. Ale ultravysoká energie neutrin by neměla být schopna projít Zemí. To naznačuje, že nějaký jiný druh částic - ten, který nikdy předtím nebyl viděn - se vrhne na chladnou jižní oblohu.
Nyní, v novém článku, tým fyziků pracujících na IceCube zpochybnil jedno z posledních zbývajících vysvětlení Standardního modelu pro tyto částice: kosmické urychlovače, obří neutrinové zbraně skrývající se v prostoru, které by periodicky střílely intenzivní neutrinové kulky na Zemi. Kolekce hyperaktivních neutrinových děl někde na naší severní obloze mohla vystřelit dost neutrin na Zemi, abychom detekovali částice střílející se z jižního cípu naší planety. Ale vědci IceCube tam nenašli žádné důkazy o této sbírce, což naznačuje, že k vysvětlení záhadných částic je potřeba nová fyzika.
Abychom pochopili proč, je důležité vědět, proč jsou tyto záhadné částice tak znepokojující pro standardní model.
Neutrina jsou nejslabší částice, o kterých víme; je těžké je odhalit a téměř bezhmotný. Prochází naší planetou po celou dobu - většinou přicházejí ze slunce a zřídka, pokud vůbec, se střetávají s protony, neutrony a elektrony, které tvoří naše těla a nečistoty pod nohama.
Ale ultravysoká energie neutrin z hlubokého vesmíru se liší od jejich nízkoenergetických bratranců. Mnohem vzácnější než nízkoenergetická neutrina mají širší „průřezy“, což znamená, že při průchodu skrz ně budou s větší pravděpodobností srážet s jinými částicemi. Pravděpodobnost ultravysokého energetického neutrina, díky kterému je celá Země neporušená, je tak nízká, že byste nikdy neočekávali, že se to stane. Proto byly detekce ANITA tak překvapivé: Bylo to, jako kdyby nástroj vyhrál v loterii dvakrát, a poté IceCube to vyhrál několikrát, jakmile začal kupovat lístky.
A fyzikové vědí, s jakými loterními losy museli pracovat. Mnoho ultravysokých energetických kosmických neutrin pochází z interakcí kosmických paprsků s kosmickým mikrovlnným pozadím (CMB), slabým dosvitem Velkého třesku. Tyto kosmické paprsky interagují s CMB jednou za čas správným způsobem, jak na Zemi střílet vysokoenergetické částice. Tomu se říká "tok" a je to stejné po celé obloze. ANITA i IceCube již změřili, jak kosmický neutrinový tok vypadá u každého z jejich senzorů, a prostě to neprodukuje dostatek vysokoenergetických neutrin, které byste očekávali, že detekují neutrino létající ze Země na jednom z detektorů i jednou .
„Pokud události detekované ANITA patří do této difúzní neutrinové složky, měla ANITA měřit mnoho dalších událostí v jiných výškových úhlech,“ řekla Anastasia Barbano, ženevská fyzika University, která pracuje na IceCube.
Teoreticky však mohly existovat ultra-vysokoenergetické neutrinové zdroje za tokem nebe, řekl Barbano Live Science: ty neutrinové zbraně nebo kosmické urychlovače.
„Pokud se nejedná o neutrina produkovaná interakcí ultra-vysokoenergetického kosmického záření s CMB, pak pozorovanými událostmi může být buď neutrinos produkovaná jednotlivými kosmickými urychlovači v daném časovém intervalu“, nebo nějaký neznámý pozemský zdroj, Řekl Barbano.
Blazary, aktivní galaktická jádra, záblesky gama paprsků, galaxie hvězdných hvězd, fúze galaxií a magnetizované a rychle se otáčející neutronové hvězdy jsou dobrými kandidáty na tyto druhy urychlovačů. A víme, že kosmické neutrinové urychlovače existují ve vesmíru; v roce 2018 IceCube sledoval vysokoenergetické neutrino zpět do blazaru, intenzivního paprsku částic přicházejících z aktivní černé díry ve středu vzdálené galaxie.
ANITA vybírá pouze ty nejextrémnější vysokoenergetická neutrina, řekl Barbano, a pokud by vznášející se částice byly neutriny posílenými kosmickým urychlovačem ze standardního modelu - nejpravděpodobněji tau neutrinos - pak by paprsek měl přijít se sprchou nižší - částice energie, které by zakoply o nízkoenergetické detektory IceCube.
"Hledali jsme události v sedmi letech dat IceCube," řekl Barbano - události, které odpovídaly úhlu a délce detekce ANITA, které byste očekávali, kdyby zjistili, zda se na Zemi střílí na Zemi významná baterie kosmických neutrinových zbraní. k výrobě těchto vzestupných částic. Ale nikdo se neobjevil.
Jejich výsledky úplně nevylučují možnost zdroje urychlovače venku. Ale „přísně omezují“ řadu možností a vylučují všechny nejpravděpodobnější scénáře zahrnující kosmické urychlovače a mnoho méně pravděpodobných.
„Poselství, které chceme sdělit veřejnosti, je, že astrofyzikální vysvětlení standardního modelu nefunguje bez ohledu na to, jak ho nakrájíte,“ řekl Barbano.
Vědci nevědí, co bude dál. Ani ANITA ani IceCube nejsou ideálním detektorem pro potřebná následná vyhledávání, řekl Barbano a ponechal vědcům jen velmi málo údajů, na nichž by založili své předpoklady o těchto záhadných částicích. Je to trochu jako pokusit se přijít na obrázek na obří skládačce jen z hrsti kusů.
Zdá se, že právě teď se omezeným datům hodí mnoho možností, včetně čtvrtého druhu „sterilního“ neutrina mimo standardní model a řady teoretických typů temné hmoty. Jakékoli z těchto vysvětlení by bylo revoluční.
„Musíme čekat na příští generaci neutrinových detektorů,“ řekl Barbano.
