Το καλύτερο μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής είναι η έκρηξη στις ραφές, καθώς αγωνίζεται να συγκρατήσει όλα τα παράξενα στοιχεία του σύμπαντος. Τώρα φαίνεται πιο πιθανό από ποτέ να εμφανιστεί, χάρη σε μια σειρά παράξενα γεγονότα στην Ανταρκτική ...
Ο θάνατος αυτού του βασισμένου υποδείγματος φυσικής, του Τυπικού Μοντέλου, έχει προβλεφθεί εδώ και δεκαετίες. Υπάρχουν υπαινιγμοί των προβλημάτων της στη φυσική που έχουμε ήδη. Τα παράξενα αποτελέσματα από τα εργαστηριακά πειράματα υποδηλώνουν τρεμόπαιγμα των φαινομενικά νέων ειδών νετρίνων πέρα από τα τρία που περιγράφονται στο Πρότυπο Μοντέλο. Και το σύμπαν φαίνεται γεμάτο από σκοτεινή ύλη που δεν μπορεί να εξηγήσει κανένα σωματίδιο στο Τυπικό Μοντέλο.
Ωστόσο, τα πρόσφατα συμπεράσματα μπορεί να συνδέσουν μία φορά τις ασαφείς αυτές πτυχές δεδομένων: Τρεις φορές από το 2016, τα σωματίδια εξαιρετικά υψηλής ενέργειας έχουν εκραγεί μέσω του πάγου της Ανταρκτικής, θέτοντας τους ανιχνευτές στο πείραμα της Ανταρκτικής Παθολογικής Μεταβατικής Κεραίας (ANITA) μηχανή που κρέμεται από μπαλόνι της NASA πολύ πάνω από την κατεψυγμένη επιφάνεια.
Όπως έγραψε το Live Science το 2018, αυτά τα γεγονότα - μαζί με αρκετά πρόσθετα σωματίδια που εντοπίστηκαν αργότερα στο νεκρό παρατηρητήριο IceCube της Ανταρκτικής, δεν ταιριάζουν με την αναμενόμενη συμπεριφορά οποιωνδήποτε σωματιδίων Standard Model. Τα σωματίδια μοιάζουν με εξαιρετικά υψηλής ενέργειας νετρίνα. Αλλά τα νετρίνα εξαιρετικά υψηλής ενέργειας δεν πρέπει να μπορούν να περάσουν από τη Γη. Αυτό υποδηλώνει ότι κάποιο άλλο είδος σωματιδίου - ένα που δεν έχει δει ποτέ πριν - πέφτει στον ψυχρό νότιο ουρανό.
Τώρα, σε μια νέα επιστήμη, μια ομάδα φυσικών που εργάζονται στο IceCube έκαναν σοβαρή αμφιβολία για μία από τις τελευταίες επεξηγήσεις Standard Model για αυτά τα σωματίδια: κοσμικά επιταχυντές, γιγαντιαία όπλα νετρίνων που κρύβονται στο διάστημα που θα πυροδοτούν περιοδικά έντονες σφαίρες νετρίνων στη Γη. Μια συλλογή υπερκινητικών όπλων νετρίνων κάπου στον βόρειο ουρανό μας θα μπορούσε να έχει καταστρέψει αρκετά νετρίνα στη Γη, ώστε να ανιχνεύσουμε σωματίδια που βγαίνουν από τη νότια άκρη του πλανήτη μας. Όμως, οι ερευνητές του IceCube δεν βρήκαν κανένα στοιχείο αυτής της συλλογής εκεί έξω, το οποίο υποδηλώνει ότι πρέπει να χρειαστεί νέα φυσική για να εξηγήσουμε τα μυστηριώδη σωματίδια.
Για να καταλάβουμε γιατί, είναι σημαντικό να γνωρίζουμε γιατί αυτά τα σωματίδια μυστηρίου είναι τόσο ανησυχητικά για το Τυπικό Μοντέλο.
Τα νετρίνα είναι τα ελάχιστα σωματίδια που γνωρίζουμε. είναι δύσκολο να εντοπιστούν και σχεδόν χωρίς μάζα. Περνάμε από τον πλανήτη μας όλη την ώρα - κυρίως προέρχονται από τον ήλιο και σπάνια, αν ποτέ, συγκρούονται με τα πρωτόνια, τα νετρόνια και τα ηλεκτρόνια που αποτελούν το σώμα μας και τη βρωμιά κάτω από τα πόδια μας.
Αλλά τα νετρίνα εξαιρετικά υψηλής ενέργειας από το βαθύ χώρο διαφέρουν από τα ξαδέρφια χαμηλής ενέργειας. Πολύ σπανιότερα από τα χαμηλής ενέργειας νετρίνα, έχουν ευρύτερες "διατομές", που σημαίνει ότι είναι πιο πιθανό να συγκρουστούν με άλλα σωματίδια καθώς περνούν μέσα από αυτά. Οι πιθανότητες ενός νετρίνου εξαιρετικά υψηλής ενέργειας που το καθιστά όλη τη διαδρομή της γης άθικτο είναι τόσο χαμηλές ώστε ποτέ δεν θα περίμενε κανείς να το εντοπίσει. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι ανιχνεύσεις του ANITA ήταν τόσο περίεργες: ήταν σαν να είχε κερδίσει δύο φορές τη λοταρία και έπειτα το IceCube το κέρδισε μερικές φορές περισσότερες φορές μόλις άρχισε να αγοράζει εισιτήρια.
Και οι φυσικοί ξέρουν πόσες λαχειοφόρες αγορές έπρεπε να δουλέψουν. Πολλά κοσμικά νετρίνια εξαιρετικά υψηλής ενέργειας προέρχονται από τις αλληλεπιδράσεις των κοσμικών ακτίνων με το κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο (CMB), την ελαφριά αδράνεια του Big Bang. Κάθε μία και πάλι, αυτές οι κοσμικές ακτίνες αλληλεπιδρούν με το CMB με τον σωστό τρόπο να πυροδοτήσουν σωματίδια υψηλής ενέργειας στη Γη. Αυτό ονομάζεται "ροή", και είναι το ίδιο σε όλο τον ουρανό. Τόσο το ANITA όσο και το IceCube έχουν ήδη μετρήσει τι φαίνεται η ροή του κοσμικού νετρίνι σε κάθε αισθητήρα τους και δεν παράγει αρκετά υψηλά ενεργειακά νετρίνα που θα περιμένατε να ανιχνεύσετε ένα νετρίνο που πετάει από τη Γη σε έναν ανιχνευτή ακόμη και μία φορά .
"Εάν τα γεγονότα που ανιχνεύονται από το ANITA ανήκουν σε αυτό το διάχυτο συστατικό νετρίνο, η ANITA θα πρέπει να έχει μετρήσει πολλά άλλα γεγονότα σε άλλες γωνίες ανύψωσης", δήλωσε η Anastasia Barbano, φυσικός του Πανεπιστημίου της Γενεύης που εργάζεται στο IceCube.
Αλλά θεωρητικά, θα μπορούσαν να υπήρχαν πηγές νετρίνων εξαιρετικά υψηλής ενέργειας πέρα από την ροή του ουρανού, ο Μπαρνάνο είπε στη Live Science: εκείνα τα όπλα νετρίνων ή τους κοσμικούς επιταχυντές.
"Εάν δεν πρόκειται για ουδένια που παράγονται από την αλληλεπίδραση κοσμικών ακτίνων υψηλής ενέργειας με το CMB, τότε τα παρατηρούμενα γεγονότα μπορεί να είναι είτε νετρίνα που παράγονται από μεμονωμένους κοσμικούς επιταχυντές σε ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα" είτε κάποια άγνωστη γήινη πηγή, Ο Μπαρμπάνο είπε.
Οι Blazars, οι ενεργητικοί γαλαξιακοί πυρήνες, οι εκρήξεις των ακτίνων γάμμα, οι γαλαξίες των γαλαξιών, οι συγχωνεύσεις των γαλαξιών και τα μαγνητισμένα και ταχέως περιστρεφόμενα αστέρια νετρονίων είναι όλα καλά υποψήφια για αυτά τα είδη επιταχυντών, είπε. Και γνωρίζουμε ότι οι επιταχυντές κοσμικών νετρίνων υπάρχουν στο διάστημα. το 2018, το IceCube παρακολούθησε ένα νετρίνο υψηλής ενέργειας πίσω σε ένα blazar, ένα έντονο τζετ σωματιδίων που προέρχεται από μια ενεργή μαύρη τρύπα στο κέντρο ενός μακρινού γαλαξία.
Το ANITA συλλαμβάνει μόνο τα πιο ακραία νετρίνα υψηλής ενέργειας, δήλωσε ο Μπαρνάνο και αν τα σωματίδια προς τα επάνω ήταν νετρίνα ενισχυμένα από το πρότυπο κοσμικό-επιταχυντή από το πρότυπο μοντέλο - πιθανότατα νετρίνα tau - τότε η δέσμη έπρεπε να έρθει με ντους κάτω -εργικά σωματίδια που θα είχαν σπάσει τους ανιχνευτές χαμηλής ενέργειας του IceCube.
"Αναζητήσαμε γεγονότα σε επτά χρόνια από τα δεδομένα του IceCube", δήλωσε ο Μπαρνάνο - γεγονότα που ταιριάζουν με τη γωνία και το μήκος των ανιχνεύσεων ANITA, τα οποία θα περίμενε κανείς αν υπήρχε μια σημαντική μπαταρία κοσμικών νετρίνο όπλων που πυροβολούν στη Γη για την παραγωγή αυτών των εκκολαπτόμενων σωματιδίων. Αλλά κανένας δεν εμφανίστηκε.
Τα αποτελέσματά τους δεν εξαλείφουν εντελώς την πιθανότητα να υπάρχει μια πηγή επιταχυντή εκεί έξω. Αλλά «περιορίζουν σοβαρά» το φάσμα των δυνατοτήτων, εξαλείφοντας όλα τα πιο πιθανά σενάρια που αφορούν κοσμικούς επιταχυντές και πολλά λιγότερο πιθανά.
"Το μήνυμα που θέλουμε να μεταφέρουμε στο κοινό είναι ότι μια τυποποιημένη αστροφυσική εξήγηση του μοντέλου δεν λειτουργεί ανεξάρτητα από το πώς το κόβουμε", ανέφερε ο Barbano.
Οι ερευνητές δεν ξέρουν τι θα ακολουθήσει. Ούτε το ANITA ούτε το IceCube είναι ιδανικός ανιχνευτής για τις απαραίτητες επακόλουθες έρευνες, ανέφερε ο Barbban, αφήνοντας τους ερευνητές με πολύ λίγα στοιχεία για να βασίσουν τις υποθέσεις τους για αυτά τα μυστηριώδη σωματίδια. Είναι λίγο σαν να προσπαθείς να καταλάβεις την εικόνα σε ένα γιγαντιαίο παζλ από λίγα κομμάτια.
Αυτή τη στιγμή, πολλές δυνατότητες φαίνεται να ταιριάζουν με τα περιορισμένα δεδομένα, συμπεριλαμβανομένου ενός τέταρτου είδους "αποστειρωμένου" νετρίνο έξω από το πρότυπο μοντέλο και μια σειρά θεωρημένων τύπων σκοτεινής ύλης. Οποιαδήποτε από αυτές τις εξηγήσεις θα ήταν επαναστατική. Αλλά καμία δεν είναι ιδιαίτερα ευνοημένη.
"Πρέπει να περιμένουμε την επόμενη γενιά ανιχνευτών νετρίνων", δήλωσε ο Μπαρνάνο.
