21 ноември 2018
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Едно откритие може да разбие Стандартния модел на елементарните частици

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 28 септември 2018 в 13:2036140
Екипът възстановява антарктическата импулсивна преходна антена на НАСА (ANITA) след успешен полет. Снимка: Australian Antarctic Division
Свързани новини

Фундаменталната физика е описана от т.нар. Стандартен модел. Това е едно от най-съвършените творения на науката, позволяващо невероятно точни прогнози за физиката на частиците. Но все пак има някои ограничения. Знаем, че например не включва гравитацията. Така че, от една страна, той е един от най-великите инструменти на физиката, а от друга страна изследователите се опитват да го "разбият".

И една група учени може би е направила точно това.

В статията, публикувана в arXiv, професор Дерек Фокс (Derek Fox) от Университета в Пенсилвания и екипа му описват две аномални наблюдения от експеримента на Антарктическата импулсивна преходна антена (Antarctic Impulsive Transient Antenna - ANITA) - балонна антена, която се носи над Южния континент.

Според доклада тези сигнали не биха могли да бъдат произведени от никакви частици в рамките на Стандартния модел.

ANITA проучва свръхенергийни космически частици неутрино. Неутриното са частици без електрически заряд и много малка маса. Те лесно могат да преминат през тялото ни недоловимо с трилиони всяка секунда. 

Но март 2016 г. изследователите бяха озадачени от две събития в Антарктида, при които космическите лъчи сякаш пронизаха Земята, вместо да се разпръснат, а не би трябвало да правят това.

Разбира се, има нискоенергийни частици неутрино, които могат да проникнат на километри в скалите. Но високоенергийните частици неутрино, както и другите високоенергийни частици, имат "големи напречни сечения". Това означава, че те почти винаги ще се сблъскат с нещо скоро след като навлязат в Земята и никога няма да се измъкнат от другата страна.

Отдавна е известно съществуването на три вида неутрино: електронно, мюонно и тау неутрино. Разликата между тях се показва в редките случаи, когато неутриното реагира с ядрата на атомите. Например, когато мюонно неутрино се сблъска с неутрон в ядро, той се превръща в протон, а самото неутрино се превръща в мюон. При сблъсъци с ядрата на електронни и тау неутрино и се произвеждат съответно електрони и тау лептони. Тези три вида възникващи частици се регистрират от сензорите и издават присъствието на неутриното.

Частиците неутрино могат да взаимодействат с материята от време на време. Енергиите на тези космически лъчи са толкова големи, че могат да се превърнат в частици с маса. Една конкретна промяна се очакваше за някои тау неутрино (което е един от трите вида неутрино). Те могат да се превърнат в тау лептони, което е тежка версия на стандартните електрони. Стандартният модел има точно определена прогноза за тази промяна, но последните наблюдения не съвпадат. Ъглите на разпръскване на частиците, открити от ANITA, са много по-стръмни, отколкото ако бяха тау лептони. Трябва да е било нещо друго.

Екипът разглежда други възможни кандидати - от стерилно неутрино (което рядко всаимодейства с материята) до "атипични разпределения на тъмната материя в Земята".

Всички обяснения са интригуващи и предполагат, че с ANITA може да са открити частици, които не са в Стандартния модел. Но нито едно от обясненията не доказва убедително, че нещо по-обикновенно би могло да предизвика сигнала в ANITA.

Оказва се, че и IceCube (друга, по-голяма обсерватория за неутрино в Антарктика) е откривала подобни частици, въпреки че никой още не е свързал тези събития със загадката на ANITA. Съчетавайки комплектите данни от IceCube и ANITA, изследователите от Пенсилвания смятат, че каквато и да е частицата, която преминава през Земята, има много малка вероятност да е част от Стандартния модел от 1 на 3,5 милиона. (В статистическо отношение, резултатите имат стандартно отклонение от 5,8 и 7,0 сигма, в зависимост от изчисленията, т.е. над изискването за достоверност от 5 σ.)

В статията учените предполагат, че това може да бъде пример за суперсиметрична частица подобна на тау лептон, наречена "стау слептон" (stau slepton). Суперсиметрията е все още недоказана теория, която приписва на всяка известна частица партньор, който обяснява някои присъщи разлики, които виждаме във физиката на частиците, но трудно се обясняват с теорията за Големия взрив. (вж "Как доказването на Суперсиметрията може да промени разбирането ни за Вселената")

Частиците в Стандартния модел съставят вътрешния кръг. Техните суперсиметрични партньори съставят външния пръстен. Кредит: businessinsider

Според една теория на базата на идеята за суперсиметрията фермионите и бозоните могат да бъдат разглеждани като част от едно семейство, наречено супермултиплет, притежаващо определена симетрия. Този супермултиплет описва частици, които се движат в суперпространството - разширение на обикновеното четиримерно пространство-време, към което се добавя съвсем необикновено измерение. Оказва се, че ако супермултиплетът се завърти в това суперпространство, бозоните ще се превърнат в фермиони и обратно. С други думи, бозоните и фермионите са само проекции в нашия обикновен свят на единен обект, подвизаващ се в суперпространството.

Дали Стандартният модел наистина е "разбит"?

Не е сигурно. Докладът е представен в списание Physics Review D и ще премине процеса на проверка (peer-review) от много научни групи от цял свят.

Авторите представят силна статистика, че няма вероятност конвенционални частици да преминат през Земята по този начин, но все още данните не са достатъчно. Възможно е тези събития да се дължат например на неизвестни свойства на антарктическия лед и ще очакваме и други инструменти да открият такива събития.

Екипът подготвя ANITA за полет над антарктическия лед. Кредит: НАСА

В дългосрочен план, ако тези резултати бъдат потвърдени, няколко изследователи заявиха за Live Science, че аномалията може да даде тласък за търсене на "нова физика" в Големия адронен колайдер.

Всяко наблюдение на частици, които не са от Стандартния модел, ще промени играта, защото ще ни каже кой път трябва да предприемем след Стандартния модел, с други думи, аномалиите на ANITA могат да предложат на учените ключовата информация, необходима за правилното настройване на LHC, за да се открият повече суперсиметрични частици. Тези експерименти дори биха могли да обяснят и тъмната материя.

Очакваме следващите епизоди. Завесата се повдига. Шоуто се очертава много вълнуващо...


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.