Paras hiukkasfysiikan malli räjähtää saumoissa, kun se pyrkii hillitsemään kaiken omituisuuden maailmankaikkeudessa. Nyt näyttää todennäköisemmältä kuin koskaan, että se saattaa poputua Antarktisen omituisten tapahtumien ansiosta…
Tämän hallitsevan fysiikan paradigman, standardimallin, kuoleman on ennustettu vuosikymmenien ajan. Meillä on jo vihje sen ongelmista fysiikassa. Laboratoriokokeiden omituiset tulokset viittaavat aavemaisten uusien neutriinolajien vilkkuihin standardimallissa kuvattujen kolmen lisäksi. Ja maailmankaikkeus näyttää olevan täynnä tummaa ainetta, jota mikään vakiomallin hiukkas ei pysty selittämään.
Mutta viimeaikaiset houkuttelevat todisteet saattavat yhtenä päivänä sitoa nämä epämääräiset tietosuodat yhteen: Kolme kertaa vuodesta 2016 lähtien erittäin korkean energian hiukkaset ovat räjäyttäneet Antarktisen jään läpi, lähettäen detektorit Antarktisen impulsiivisen ohimenevän antennin (ANITA) kokeeseen, kone, joka roikkuu NASA-ilmapalloista kaukana jäätyneen pinnan yläpuolella.
Kuten Live Science raportoi vuonna 2018, kyseiset tapahtumat - yhdessä useiden myöhemmin havaittujen hiukkasten kanssa, jotka haudattiin haudattuun Antarktisen neutriino-observatorioon IceCube - eivät vastaa minkään standardimallin hiukkasten odotettua käyttäytymistä. Hiukkaset näyttävät ultraenergisilta neutriinoilta. Mutta erittäin korkeaenergisten neutriinojen ei pitäisi voida kulkea maan läpi. Tämä viittaa siihen, että jokin muu hiukkanen - jota ei ole koskaan ennen nähty - palaa itsensä kylmään eteläiseen taivaaseen.
Nyt uudessa lehdessä IceCube-ryhmässä työskentelevä fyysikkojen ryhmä on herättänyt vakavia epäilyjä yhdestä näistä hiukkasista jäljellä olevista jäljellä olevista standardimallin selityksistä: kosmiset kiihdyttimet, avaruudessa piilossa olevat jättiläiset neutrino-aseet, jotka ampuvat ajoittain voimakkaita neutrinoolampuja maapallolla. Kokoelma hyperaktiivisia neutriino-aseita jossain pohjoisilla taivaalla olisi voinut räjäyttää niin paljon neutriinoja maahan, että havaitsisimme partikkelit, jotka ampuivat planeettamme eteläkärjestä. Mutta IceCube-tutkijat eivät löytäneet todisteita tuosta kokoelmasta siellä, mikä viittaa siihen, että salaperäisten hiukkasten selittämiseksi tarvitaan uutta fysiikkaa.
Ymmärtääksesi miksi, on tärkeää tietää, miksi nämä mysteerihiukkaset ovat niin järkyttäviä standardimallille.
Neutriinot ovat pienimpiä hiukkasia, joista tiedämme; heitä on vaikea havaita ja lähes massaton. Ne kulkevat planeettamme läpi koko ajan - lähinnä auringosta ja harvoin, jos koskaan, törmäävät protonien, neutronien ja elektronien kanssa, jotka muodostavat kehomme, ja lian jalkojemme alla.
Mutta syvästä avaruudesta tulevat erittäin korkeaenergiset neutriinot eroavat niiden vähän energiaa käyttävistä seroista. Ne ovat paljon harvinaisempia kuin vähän energiaa kuluttavat neutriinot, mutta niillä on laajemmat "poikkileikkaukset", mikä tarkoittaa, että ne törmäävät todennäköisemmin muiden hiukkasten kanssa, kun ne kulkevat niiden läpi. Erittäin korkean energian omaavan neutriinon kertoimet, jotka tekevät siitä koko maan läpi vahingoittumattomana, ovat niin alhaiset, että et koskaan odota havaitsevan sen tapahtuvan. Siksi ANITA-havainnot olivat niin yllättäviä: Oli kuin instrumentti olisi voittanut arpajaiset kahdesti, ja sitten IceCube oli voittanut sen vielä pari kertaa heti, kun se aloitti lippujen ostamisen.
Ja fyysikot tietävät, kuinka monta arpalippua heidän oli työskenneltävä. Monet erittäin suurienergiset kosmiset neutriinot tulevat kosmisten säteiden vuorovaikutuksesta kosmisen mikroaaltotaustan (CMB) kanssa, Big Bangin heikossa hehkuvalossa. Joka kerrallaan nuo kosmiset säteet ovat vuorovaikutuksessa CMB: n kanssa juuri oikealla tavalla ampuakseen korkean energian hiukkasia maapallolla. Tätä kutsutaan "flux", ja se on sama kaikkialla taivaalla. Sekä ANITA että IceCube ovat jo mitanneet, miltä kosminen neutriinovirta näyttää jokaiselle anturilleen, ja se ei vain tuota tarpeeksi korkeaenergisiä neutriinoja, joiden voit odottaa havaitsevan maapallosta ulos lentävän neutriinin kummassakin ilmaisimessa jopa kerran .
"Jos ANITA: n havaitsemat tapahtumat kuuluvat tähän haja-neutriinokomponenttiin, ANITAn olisi pitänyt mitata monia muita tapahtumia muilla korkeuskulmilla", sanoi IceCube: lla työskentelevä Geneven yliopiston fyysikko Anastasia Barbano.
Mutta teoriassa taivaan leveän vuon ulkopuolella olisi voinut olla erittäin suurienergiallisia neutriinolähteitä, Barbano kertoi Live Science: ne neutrino-aseet tai kosmiset kiihdyttimet.
"Jos kyse ei ole neutriinoista, joita syntyy erittäin korkeaenergisten kosmisten säteiden vuorovaikutuksessa CMB: n kanssa, havaitut tapahtumat voivat olla joko yksittäisten kosmisten kiihdyttimien tuottamia neutriinoja tietyssä ajassa" tai jotain tuntematonta maallista lähdettä, Barbano sanoi.
Blazars, aktiiviset galaktiset ytimet, gammasädepurskaukset, tähtipurskaat galaksit, galaksien yhdistymiset ja magnetoituneet ja nopeasti pyörivät neutronitähdet ovat kaikki hyviä ehdokkaita tällaisiin kiihdyttimiin, hän sanoi. Ja me tiedämme, että kosmisia neutriinokiihdyttimiä on avaruudessa; Vuonna 2018 IceCube seurasi korkean energian neutriinoa takaisin blazariin, voimakkaaseen hiukkassuihkuun, joka tuli aktiivisen mustan aukon kautta kaukaisen galaksin keskellä.
ANITA poimi vain äärimmäisen korkean energian neutriinot, Barbano sanoi, ja jos ylöspäin lentävät hiukkaset olivat kosmisessa kiihdyttimessä tehostettuja neutriinoja vakiomallista - todennäköisimmin tau-neutriinoja -, säteen olisi pitänyt tulla matalammalla suihkulla. -energiahiukkaset, jotka olisivat lauenneet IceCuben alhaisemman energian ilmaisimiin.
"Etsimme tapahtumia seitsemän vuoden IceCube-tiedoista", Barbano kertoi - tapahtumia, jotka vastasivat ANITA-havaintojen kulmaa ja pituutta. Odotettavissasi on, jos maapallolla ampui merkittävää kosmisten neutriino-aseiden paristoa. tuottaa nämä nousevat hiukkaset. Mutta kukaan ei ilmestynyt.
Niiden tulokset eivät poista kokonaan mahdollisuutta käyttää kiihdyttölähdettä. Mutta ne "rajoittavat vakavasti" monenlaisia mahdollisuuksia, poistaen kaikki todennäköisimmät skenaariot, joihin liittyy kosmisia kiihdyttimiä ja monia vähemmän uskottavia.
"Viesti, jonka haluamme välittää yleisölle, on, että standardimallin astrofyysinen selitys ei toimi riippumatta siitä, kuinka viipaloit sen", Barbano sanoi.
Tutkijat eivät tiedä mitä seuraavaksi. ANITA ja IceCube eivät ole ihanteellinen ilmaisin tarvittaviin seurantatutkimuksiin, Barbano totesi jättäen tutkijoille hyvin vähän tietoja, joiden perusteella heidän salaperäisiä hiukkasia koskevat olettamuksensa perustuvat. Se on vähän kuin yrittäisi selvittää kuva jättiläisessä palapelissä vain kourallisesta kappaleesta.
Tällä hetkellä monet mahdollisuudet näyttävät sopivan rajoitettuihin tietoihin, mukaan lukien neljäs "steriilin" neutriinolajin standardimallin ulkopuolella ja joukko teoreettisia tumma-ainetyyppejä. Mikä tahansa näistä selityksistä olisi vallankumouksellista. Hjh. Mikään niistä ei ole vielä voimakkaasti suosittu.
"Meidän on odotettava seuraavan sukupolven neutriinoilmaisimia", Barbano sanoi.
