ТАСС, 10 января. Научная команда нейтринной обсерватории IceCube нашла новые свидетельства того, что несколько лет назад российско-американский проект ANITA действительно мог обнаружить так называемые "стерильные нейтрино" - частицы, которые выходят за пределы Стандартной модели – теории, которая описывает большую часть взаимодействий всех известных сейчас науке элементарных частиц. Свои выводы ученые опубликовали в библиотеке научных публикаций arXiv.org, их принял к публикации The Astrophysical Journal.
"Наш анализ исключил последнее возможное астрофизическое объяснение происхождения этих частиц, которое допускает Стандартная модель. Соответственно, если эти события действительно зафиксировали инструменты ANITA, а не были порождены ошибками наблюдений, они указывают на существование "новой физики", - пишут ученые.
Проект ANITA - совместная инициатива ученых из Гавайского университета, NASA, НИЯУ МИФИ и многих других ведущих научных центров мира. В рамках этого проекта физики регулярно организуют экспедиции на южный полюс Земли, где они запускают аэростаты, предназначенные для поисков нейтрино сверхвысоких энергий.
Подобные частицы, как предполагают исследователи, должны возникать в ходе самых мощных космических взрывов и катаклизмов, которые происходят в центрах галактик, окрестностях сверхмассивных черных дыр и других уголках мироздания, о природе которых астрономы продолжают спорить. В частности, ученые пытаются понять, существуют ли частицы, чья энергия превышает предел Грайзена–Зацепина–Кузьмина.
Под этим термином физики понимают количество энергии – около восьми джоулей, – которое может быть у нейтрино или космического излучения, движущегося к Земле от далеких галактик. Если же материя "нарушает" этот предел, то она должна взаимодействовать с микроволновым фоновым излучением Вселенной, своеобразными отголосками Большого Взрыва, формировать новые частицы и терять при этом энергию.
Очень низкая вероятность регистрации этих частиц заставила участников проекта ANITA превратить всю Антарктику в гигантский детектор подобных нейтрино, пользуясь эффектом, который предсказал в 1962 году советский физик Гурген Аскарян. Он заметил, что подобные частицы при попадании в лед будут двигаться быстрее скорости света, в результате чего они будут "тормозить", вырабатывая по мере движения через толщу ледника пучки радиоволн. Эти вспышки улавливают антенны и прочие детекторы, установленные на аэростатах ANITA.
Порог "новой физики"
В позапрошлом году представители ANITA заявили об удивительном открытии. Во время третьего полета воздушных шаров, который проходил в начале зимы 2015 года, они обнаружили сразу три частицы, тау-нейтрино сверхвысоких энергий, которые значительно нарушали пределы Грайзена–Зацепина–Кузьмина.
Это натолкнуло физиков на мысль, что источником этих частиц мог быть не космический катаклизм, а гипотетические "стерильные" нейтрино, четвертый тип этих элементарных частиц. Они должны обладать чрезвычайно большой массой по сравнению с "обычными" нейтрино и не взаимодействовать другой материей никаким образом, кроме как при помощи сил притяжения.
Небольшое число открытых тау-нейтрино, как пишут Алекс Пиццуто, физик из Висконсинского университета в Мэдисоне (США), и его коллеги, не позволило участникам проекта ANITA заявить об открытии "новой физики" или даже просто перепроверить эти замеры. Эту задачу решила другая антарктическая нейтринная обсерватория - IceCube, которая работает на южном полюсе планеты с декабря 2010 года.
В этом отношении физики опирались на одно простое соображение. Следы трех тау-нейтрино, которые зафиксировали детекторы ANITA, указывали на то, что они попали в антарктические льды не из атмосферы, а из недр планеты. С одной стороны, литосфера Земли не может быть большим препятствием для нейтрино космического происхождения. Они могли войти нее с противоположной стороны, в окрестностях северного полюса, и полностью пройти ее толщу, выйдя на поверхность на территории Антарктики.
С другой стороны, этот путь, как отмечают Пиццуто и его коллеги, не должен был пройти для подобных частиц бесследно. Пролетая через сверхплотное ядро Земли, тау-нейтрино должны были столкнуться с содержащимися там атомами и электронами, затормозить и породить пучок других типов нейтрино высоких энергий. Эти потоки частиц, в свою очередь, должны быть хорошо заметны для детекторов IceCube.
Детальный анализ данных, собранных IceCube в 2015 году, не раскрыл никаких намеков на то, что число нейтрино высоких энергий как-то менялось тогда, когда детекторы ANITA фиксировали появление трех тау-нейтрино. Это, как заключают Пиццуто и его коллеги, исключает возможность их космического происхождения и усиливает позиции сторонников "новой физики". Как надеются ученые, анализ данных, собранных в ходе последующих полетов ANITA, помогут нам понять, существуют ли "стерильные" нейтрино на самом деле.