Bizarne čestice nastavljaju letjeti iz leda Antarktike i one bi mogle promijeniti modernu fiziku

Nešto je misteriozno došlo iz zamrznutog tla na Antarktici i moglo bi preokrenuti fiziku, kako ju znamo.

Fizičari ne znaju šta je to tačno. Ali oni znaju da je to neka vrsta kozmičke zrake – visokoenergetske čestice koja je protjerana kroz Svemir, u Zemlju i ponovno se vraća u Svemir.. No fizičari čestica znaju da vrsta čestica koje čine ono šta naučnici nazivaju standardnim modelom (SM) fizike čestica – ne smije to učiniti. Svakako, postoje niskoenergetski neutrini koji se mogu probiti kroz stijene nepromijenjeni. No, visoki energetski neutrini, kao i ostale visoke energetske čestice, imaju “velike presjeke”. To znači da će se gotovo uvijek srušiti u nešto nakon što ulete u Zemlju i nikada neće proći s druge strane.

Ipak, od 2016. istraživači su zbunjeni s dva događaja na Antarktici, gdje su eksplodirale kozmičke zrake iz Zemlje, a otkrile su ih NASA-ina antarktička impulsna prolazna antena (ANITA) – antena s balonima koja se spuštala preko južnog kontinenta.

ANITA je osmišljena za lov kozmičkih zraka iz svemira, tako da je zajednica visokog energetskog neutrina zujala s uzbuđenjem kada je instrument otkrio čestice koje su izgledale kao da se raspršuju sa Zemlje umjesto da se zumiraju iz Svemira. Budući da to ne bi trebale učiniti kozmičke zrake, znanstvenici su se počeli pitati jesu li te tajanstvene zrake izrađene od čestica koje nikad prije nisu vidjeli.

Otada su fizičari predložili razna objašnjenja za ove “kozmičke zrake”, od sterilnih neutrina (neutrina koji se rijetko nikada ne udaljava u materiju) do “atipične raspodjele tamne materije unutar Zemlje”, koja se odnosi na tajanstveni oblik materije koji nema interakciju s svjetlom [ovo je jedna od 18 najvećih neriješenih misterija u fizici]

Sva su objašnjenja zanimljiva i sugeriraju da bi ANITA mogla otkriti čestice koje nisu obuhvaćene standardnim modelom. No, nijedno od objašnjenja nije pokazalo nešto što uobičajeno nije moglo izazvati signal na ANITA.

Novi papir koji je onjavljen od tima astrofizičara sa univeziteta Penn State pokazao je da je bilo više čestica visokih energija prema gore, nego onih otkrivenih tijekom dva ANITA događaja. Tri puta, napisali su, IceCube (drugi, veći neutrino opservatorij na Antarktici) otkrivao je slične čestice, iako nitko još nije povezao te događaje s tajnom na ANITA. I kombinirajući IceCube i ANITA skupove podataka, istraživači iz Penn State-a izračunali su da, bez obzira na čestice koje se raspršuju sa Zemlje, ima puno manje od 1 do 3.5 milijuna šansi da budu dio Standardnog modela. (U tehničkim, statističkim uvjetima, njihovi rezultati imali su povjerljivost od 5,8 i 7,0 sigma, ovisno o tome koji od njihovih izračuna gledate.)

Slom fizike

Derek Fox, glavni autor na novom papiru, izjavio je da je prvi put ispitivao preko ANITA događaja u maju 2018, u jednom od ranijih članaka koje ih pokušavaju objasniti.

“Bio sam kao,” Pa ovaj model nema puno smisla “, rekao je Fox za Live Science,” ali rezultat [ANITA] je vrlo intrigantan, pa sam počeo provjeravati to. Počeo sam razgovarati sa svojim susjedom iz ureda Steinn Sigurdsson [drugi autor na papiru, koji je također u Penn Stateu] o tome možemo li dobiti neka vjerojatnija objašnjenja od onih objavljenih do danas. ”

Fox, Sigurdsson i njihovi kolege počeli su tražiti slične događaje u podacima koje su prikupili drugi detektori. Kad su došli do eventualnih događaja koji su se nadigli gore u IceCube podacima, rekao je, shvatio je da je možda došao do nečega što bi stvarno moglo mijenjati fiziku.

Slika: Ice cube eksperiment

To je ono što me je stvarno odvodilo i gledao sam na događaje ANITA s najvećom ozbiljnošću “, rekao je, kasnije dodajući:” To je ono za šta žive fizičari. Revolucionarni modeli, postavljanje novih ograničenja [u stvarnosti], učenje stvari o svemiru koje nismo znali. ”

Kao što je Live Science prethodno izvjestio, eksperimentalna fizika čestica visokih energija u proteklih nekoliko godina je zaustavljena. Kada je 2009. godine na granici između Francuske i Švajcarske završeno deset milijardi dolara (velikog Hadronskog sudara), naučnici su mislili da će otključati tajne supersimetrije – misterioznu, teorijsku klasu čestica za koju naučnici sumnjaju da bi mogla postojati izvan aktuelne fizike, ali nikada nisu otkriveni. Prema supersimetriji, svaka postojeća čestica u Standardnom modelu ima supersimetrični partner. Istraživači sumnjaju da ovi partneri postoje, jer su mnoge poznate čestice nesimetrične jedna s drugom.

Iako SM radi veoma dobro u objašnjavanju mnoštva fenomena, i dalje ima mnogo hendikepa “, rekla je Seyda Ipek, fizičar čestica u UC Irvine, koja nije bila uključena u sadašnje istraživanje.” Na primjer, ne može se objasniti postojanje tamne materije, [objasniti matematičku čudotvornost u] neutrino masi, ili asimetrija materije i antimaterije u svemiru. ”

Umesto toga, LHC je 2012. godine potvrdio Higgs boson, poslednji neotkriveni dio Standardnog modela, a onda je prestao da otkriva bilo šta drugo što je važno ili zanimljivo. Istraživači su počeli da se ispituju da li bilo koji postojeći fizički eksperiment može ikada otkriti supersimetričnu česticu.

“Potrebne su nam nove ideje”, rekla je u maju u emisiji “Live Science” za “The Science Science”, Jessie Shelton, teoretski fizičar na Univerzitetu u Ilinoisu u Urbani-Champaign, oko istog vremena kada se Fox prvi zainteresovao za podatke ANITA.

Sada, nekoliko naučnika koji nisu uključeni u dokument Penn State-a izjavio je za Live Science da bi nešto novo moglo biti na pomolu.

Od samog početka bilo je jasno da ako se anomalozni događaji ANITA usljed čestica koji su propagirali kroz hiljade kilometara Zemlje, onda su te čestice vrlo vjerovatno ne SM čestice “, rekao je Mauricio Bustamante, astrofizičar na Niels Bohr institutu na Univerzitet u Kopenhagenu, koji nije bio autor novog članka.

“Rad koji se pojavio danas je prvi sistematski proračun koliko je malo vjerovatno da su ovi događaji bili zbog SM neutrina”, dodao je on. “Njihov rezultat snažno ne dopušta SM objašnjenje.”

“Mislim da je veoma privlačno”, rekao je Bill Louis, fizičar neutrina u Nacionalnoj laboratoriji Los Alamos koji nije bio uključen u rad i nekoliko mjeseci je pratio istraživanje događaja ANITA.

Ako su standardne čestice modela stvorile ove anomalije, trebalo je da budu neutrini. Istraživači znaju da nisu i zbog čestica u kojima se raspadaju, i zato što nijedan drugi standardni model čestic ne bi dao šanse da prođu kroz Zemlju

.Dugoročno, ako se ovi rezultati potvrde i sazna o tome koje čestice ih izazivaju, nekoliko istraživača je reklo da anomalija ANITA može otključati još više fizike u LHC.

“Bilo kakva opservacija ne-SM čestica bi bila mjenjač igre, jer bi nam rekla koji put treba da preduzmemo nakon SM”, rekao je Ipek. “Vrste [supersimetrične] čestice za koje tvrde da su proizvele signale, sleptona, veoma je teško proizvesti i detektovati na LHC-u.”

“Znači, veoma je zanimljivo ako ih posmatraju drugi tipovi eksperimenata. Naravno, ako je to tačno, očekivat ćemo na ljestvici druge [supersimetrične] čestice na LHC”.

Drugim riječima, anomalije ANITA-a mogle su ponuditi naučnicima ključne informacije potrebne za pravilno podešavanje LHC-a kako bi otključali više supersimetrije. Ovi eksperimenti bi možda čak mogli objasnili i tamnu materiju.

Izvor: Live Science

 402 total views,  2 views today

Arnes K.

Ja sam nastavnik i profesor fizike koji nastoji da ispuni rupe u svom i svačijem znanju kako bi svi bili bolje informisani i mogli da donosimo bolje odluke i živimo bolji život.

Šta vi mislite o ovom? Ostavite vaš komentar i podijelite mišljenje sa svima.

Sva Fizika
%d bloggers like this: