Физики предложили возможное объяснение необычному нейтрино рекордной энергии, недавно обнаруженному подводным телескопом KM3NeT в Средиземном море. По мнению исследователей, этот сигнал может указывать на существование новой физики, выходящей за рамки Стандартной модели. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters (PRL).
Нейтрино — чрезвычайно легкие и электрически нейтральные частицы, которые почти не взаимодействуют с веществом. Благодаря этому они могут проходить огромные расстояния в космосе практически без изменений, сохраняя информацию о мощных астрофизических событиях, таких как взрывы звезд или активность сверхмассивных черных дыр.
Недавно детектор KM3NeT, расположенный на дне Средиземного моря, зафиксировал нейтрино с энергией более 100 петаэлектронвольт. По оценкам ученых, энергия одного из событий достигала примерно 220 петаэлектронвольт — это один из самых энергичных нейтрино, когда-либо зарегистрированных.
Однако наблюдение вызвало вопросы. Согласно теоретическим прогнозам, подобные частицы должен был обнаружить и другой крупный нейтринный телескоп — IceCube, расположенный в антарктическом льду. Но за более длительное время наблюдений IceCube не зарегистрировал событий сопоставимой энергии.
Физики из Университета штата Оклахома попытались объяснить это расхождение. Ученые рассмотрели гипотезу о существовании так называемых стерильных нейтрино — гипотетических частиц, которые почти не взаимодействуют с обычным веществом и пока не входят в Стандартную модель физики.
Ключевым фактором, по мнению авторов, может быть различие в пути, который проходят частицы перед попаданием в детекторы. Нейтрино, зарегистрированные KM3NeT, проходят примерно 150 км через толщу Земли — горные породы и морскую воду. Для IceCube этот путь составляет лишь около 14 км антарктического льда.
Согласно предложенной модели, поток стерильных нейтрино может превращаться в обычные, «активные» нейтрино во время прохождения через вещество Земли. Этот процесс связан с явлением нейтринных осцилляций — квантовым эффектом, при котором нейтрино меняют свой тип во время движения.
Большая толща вещества на пути к детектору KM3NeT может усиливать такое превращение, из-за чего этот телескоп регистрирует больше событий сверхвысокой энергии, чем IceCube.
По словам авторов, подобные наблюдения могут стать новым инструментом для изучения фундаментальной физики.
«Отсутствие аналогичных событий в IceCube может уже указывать на существование новой физики при экстремально высоких энергиях», — считают исследователи.
В будущем ученые планируют продолжить анализ наблюдений сверхэнергетических нейтрино и проверить, могут ли новые детекторы подтвердить гипотезу о стерильных нейтрино и других возможных отклонениях от Стандартной модели.
Ранее физики впервые разгадали тайну образования золота.