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

«Издательский проект Петра Первого: Илья Копиевский и новые русские книги» «Издательский проект Петра Первого: Илья Копиевский и новые русские книги»

Как был устроен перенос научно-технических знаний на русский язык

N+1
Космические пришельцы Космические пришельцы

С далёких планет и комет к нам постоянно прилетают вестники их существования

Наука и жизнь
«Астероиды: рожденные пламенем» «Астероиды: рожденные пламенем»

Как ученые научились анализировать состав астероидов

N+1
Автобудущее Автобудущее

Мы находимся на пороге одних из самых быстрых перемен в работе транспорта

Популярная механика
Мы выбираем друг друга не случайно Мы выбираем друг друга не случайно

Выбор партнера предопределен всем предшествующим ходом нашей жизни

Psychologies
Карина Андоленко: «Самоирония спасает в любой ситуации» Карина Андоленко: «Самоирония спасает в любой ситуации»

Карина Андоленко об испытаниях, о своем трудоголизме и правильном восстановлении

Здоровье
Евгения Крюкова: Евгения Крюкова:

Интервью со звездой сериала «Подражатель» Евгенией Крюковой

Караван историй
Мамонтов и другую арктическую мегафауну погубил рост влажности Мамонтов и другую арктическую мегафауну погубил рост влажности

Мамонтов погубили не охотники, а потепление климата и рост влажности

N+1

Женщина, которая хочет в общей сложности родить 17 раз

Cosmopolitan
В роли жертвы В роли жертвы

Постоянно рвешься спасать партнера, считая, что без тебя он пропадет?

Лиза
Самые легендарные и роскошные бордели в истории Самые легендарные и роскошные бордели в истории

Об этих заведениях шла дурная слава, поэтому туда все стремились попасть

Maxim
Михаил Баркиджиджа Михаил Баркиджиджа

Тимоти Шаламе Мариинского театра

Собака.ru
После измены: 6 вещей, которые обязательно надо сделать После измены: 6 вещей, которые обязательно надо сделать

Что делать после измены партнера?

Cosmopolitan
Купе на двоих Купе на двоих

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

Grazia
«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
Всё просто: как цифровизация делает международную торговлю понятной и доступной Всё просто: как цифровизация делает международную торговлю понятной и доступной

Как технологии помогают бизнесу сделать международную торговлю доступной

Inc.
От «мира любой ценой» до мировой войны От «мира любой ценой» до мировой войны

Мюнхенский договор 1938 года оказался безуспешной попыткой предотвратить войну

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

Как ESG-технологии становятся фундаментом строек будущего

РБК
Крепкие руки и ровная спина: подтягивания — виды, техника, таблица и упражнения Крепкие руки и ровная спина: подтягивания — виды, техника, таблица и упражнения

Всё, что вы хотели знать о самом эффективном упражнении — о подтягиваниях

VOICE
Отечественная жуть: 7 отличных российских хорроров Отечественная жуть: 7 отличных российских хорроров

Собрали семь российских ужастиков, которыми можно пугать не только детей

Cosmopolitan
Наталия Мещанинова — о праве на «не хочу» и спасении в стендапе Наталия Мещанинова — о праве на «не хочу» и спасении в стендапе

Режиссер и сценарист сериала «Пингвины моей мамы» — Наталия Мещанинова

РБК
«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
Агентство, студия, фриланс: какого подрядчика выбрать и как ему платить Агентство, студия, фриланс: какого подрядчика выбрать и как ему платить

Агентство, микроагентство, фриланс — чем они отличаются

Inc.
Последнее свободное место Америки. Фотоистория Последнее свободное место Америки. Фотоистория

Город-призрак Слэб-Сити — трейлеры, скитальцы и разбитые надежды

Esquire
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
Разведка доложила точно Разведка доложила точно

Есть мнение, что агентурная сеть сыграла определяющую роль в Курской битве

Дилетант
С ними каши на сваришь:  худшие сериальные мужья и бойфренды С ними каши на сваришь:  худшие сериальные мужья и бойфренды

У этих героев на лбу должно быть написано: «Никогда с ним не связывайся!»

VOICE
Как заработать в Instagram: 8 прибыльных идей Как заработать в Instagram: 8 прибыльных идей

Зарабатывать в Instagram может любой, независимо от возраста и образования

РБК
Диджитал-этикет для взрослых: журналисты WSJ составили ряд рекомендаций о цифровой этике и гигиене Диджитал-этикет для взрослых: журналисты WSJ составили ряд рекомендаций о цифровой этике и гигиене

Как выглядит цифровой этикет в современном мире?

Inc.
Хуже алкоголя: 5 вещей, которые разрушают твою печень Хуже алкоголя: 5 вещей, которые разрушают твою печень

Иногда мы, сами того не подозревая, даем печени дополнительную нагрузку

Cosmopolitan
Открыть в приложении