Фото: NASA
Астрофизика

Обнаруженные в Антарктике элементарные частицы нарушают законы физики

NASA обнаружило в Антарктиде космические лучи, исходящие из недр земли. Как считают ученые, открытие может быть свидетельством существования суперсимметричной частицы, что опровергает основополагающую теорию элементарных частиц - Стандартную модель.

В 2006 ученые, участвовавшие в проекте ANITA, установили в Антарктике оборудование для изучения высокоэнергетических частиц, бомбардирующих Землю из космоса. Однако в ходе исследований они зафиксировали нечто, что не смогли объяснить — космические лучи, поднимающиеся из недр земли, рассказывает Motherboard.

Физикам давно известно, что высокоэнергетические частицы могут проникать вглубь Земли, но ни одна из частиц, предсказанных Стандартной моделью, не способна проходить планету насквозь. Тем не менее, как следует из опубликованной на днях статьи Дерека Фокса из Пенсильванского университета, найдены первые свидетельства существования частицы, выходящей за границы Стандартной модели, самого точного описания устройства Вселенной, сделанного человеком.

Целью проекта ANITA было зафиксировать излучение нейтрино, взаимодействующих с ледяным покровом Антарктики. В отличие от фотонов нейтрино не теряют энергию, двигаясь в пространстве. Это значит, что они могут сообщить информацию о дальних уголках Вселенной. Более того, некоторые модели за пределами Стандартной предполагают, что когда космические лучи взаимодействуют со льдом, возникают крошечные черные дыры, которые можно заметить благодаря так называемому эффекту Аскарьяна.

Никаких миниатюрных черных дыр ANITA не нашла, зато зафиксировала эффект Аскарьяна вследствие взаимодействия нейтрино со льдом. А кроме этого — два «восходящих события, напоминающих космические лучи».

В отличие от лучей из космоса у этих была почти горизонтальная поляризация. Это указывает на то, что либо частицы появились не в космосе, либо они прошли всю Землю насквозь, попав на планету в районе Северного полюса и выйдя на поверхность в районе Южного. В любом случае, такой тип космических лучей ученые видят впервые.

Сначала физики пытались объяснить эти странные события результатом распада тау-нейтрино, проходящего через толщу Земли. Однако была одна проблема. ANITA засекла частицы под углом 27 и 35 градусов, что не вписывается в Стандартную модель.

Это значит, что либо основополагающую физическую теорию следует пересмотреть, либо — как считает Фокс и его коллеги — ANITA наткнулась на первые свидетельства суперсимметричной частицы.

Суперсимметрия предполагает наличие у каждой элементарной частицы в Стандартной модели более тяжелого «суперпартнера». У кварка это скварк, у фотона — фотино и так далее. Ни одну из этих гипотетических частиц не удалось получить в лаборатории. В данном случае Фокс утверждает, что ученые стали свидетелями существования «стау», суперсимметричного партнера тау, что выходит за рамки Стандартной модели. Стау якобы прошла сквозь Землю, распалась на тау-лептон и на незамеченную суперсимметричную частицу, а потом появилась с другой стороны Земли, где тау-лептон зарегистрировали инструменты ANITA.

На сегодня интерпретация Фокса и его коллег — всего лишь одна из многих, и для того, чтобы подтвердить или опровергнуть ее, предстоит проделать еще много работы. Ученые надеются получить новую информацию после завершения анализа данных, полученных после четвертой и последней миссии ANITA, которая стартовала в 2016 году.   

Лаборатория IceCube в Антарктиде зафиксировала в прошлом году частицу нейтрино, столкнувшуюся со льдом с энергией 300 трлн электровольт. В этом году ученые смогли определить, откуда именно она прибыла, преодолев расстояние в 3,7 млрд лет.