Странные радиоимпульсы над Антарктидой: Учёные заявили о возможном свидетельстве существования новой экзотической частицы
Ледяная шапка нашей планеты, Антарктида — это место тишины, холода и экстремальной изоляции. Но именно здесь, вдали от радиошума цивилизации, учёные ведут охоту на самые неуловимые частицы во Вселенной. И иногда, в этой оглушительной тишине, они слышат нечто, что не должны были услышать. Нечто, что приходит не из глубин космоса, а из самых недр Земли.
На высоте 40 километров над безжизненным ледяным щитом дрейфует гигантский аэростат. К нему подвешен сложный комплекс антенн — эксперимент ANITA. Его задача — ловить слабые радиоэхо от космических «гостей», нейтрино сверхвысоких энергий, врезающихся в антарктический лёд. Но несколько раз приборы зафиксировали аномалию. Сигнал, который пришёл с «неправильной» стороны. Он шёл не сверху, а снизу, словно нечто пронзило тысячи километров планетарной породы и вырвалось наружу. И это событие поставило современную физику в крайне неловкое положение.
Что не так с этим сигналом?
Чтобы понять всю странность ситуации, представьте, что вы стоите на пляже и видите, как из воды вылетает камень и падает на песок. Ваша первая мысль будет не «кто-то бросил его со дна моря», а «вероятно, он отскочил от поверхности воды». Физика частиц работает схожим образом.
Космические лучи и нейтрино бомбардируют Землю постоянно, приходя из космоса — то есть сверху. Когда высокоэнергетическая частица врезается в плотную среду, например, в лёд, она порождает каскад вторичных частиц — так называемый «ливень». Именно радиоизлучение от этого ливня и ищет ANITA. Все модели предсказывают, что такие сигналы должны приходить сверху или под пологим углом к горизонту.
Сигналы же, пойманные ANITA, пришли под очень крутым углом из-за горизонта. Это значит, что породившая их частица должна была пролететь сквозь всю планету. Для большинства известных нам частиц это просто невозможно. Земля — это не пустота, а плотный фильтр из камня, металла и льда. Любая обычная частица, обладающая достаточной энергией для создания заметного радиосигнала, неминуемо бы врезалась в атомное ядро где-то в толще планеты и растратила бы всю свою энергию задолго до выхода на поверхность.
Подозреваемый номер один: неуловимое нейтрино
Конечно, у физиков есть один главный «подозреваемый» на роль такого космического невидимки — нейтрино. Эти частицы справедливо называют «призраками». У них почти нет массы, нет электрического заряда, и они крайне слабо взаимодействуют с материей. Каждую секунду через ноготь вашего пальца пролетает миллиард нейтрино от Солнца, но вы этого совершенно не чувствуете.
Именно из-за этой «призрачности» нейтрино — идеальные космические посланники. Они могут пролететь через галактики и звёзды, не изменившись, и донести до нас информацию о далёких катаклизмах. И да, нейтрино действительно может пролететь сквозь Землю. Так в чём же проблема?
Почему алиби нейтрино неопровержимо
Проблема в энергии. Нейтрино, пойманные ANITA, обладали бы колоссальной энергией. А чем выше энергия нейтрино, тем, как ни странно, выше и вероятность его взаимодействия с материей. Низкоэнергетические нейтрино пролетают сквозь Землю без проблем. Но сверхвысокоэнергетический «снаряд», способный создать такой мощный сигнал, почти гарантированно «зацепился» бы за что-то внутри планеты. Пролететь тысячи километров породы под таким крутым углом для него практически невозможно.
Более того, у учёных есть и другие инструменты. Глубоко во льду Антарктиды находится другой гигантский детектор — IceCube. Он специально создан для ловли нейтрино и гораздо чувствительнее к ним, чем ANITA. И IceCube… не увидел ничего. Никаких следов нейтрино, которые могли бы объяснить аномальные сигналы. Это как если бы охранник у ворот не заметил слона, который потом каким-то образом оказался внутри здания.
Итак, команда ANITA пришла к ошеломляющему выводу: что бы это ни было, это, скорее всего, не нейтрино.
Когда правила не работают: за пределами Стандартной модели
Вот здесь и начинается самое интересное. Стандартная модель физики частиц — это наш свод правил, описывающий все известные частицы и их взаимодействия. Она невероятно успешна и точна. Но она неполна. Она не объясняет тёмную материю, которая составляет 85% массы Вселенной, тёмную энергию и некоторые другие загадки.
Аномальный сигнал ANITA — это потенциальная трещина в здании Стандартной модели. Если это не нейтрино, то что? Какая экзотическая частица может одновременно обладать гигантской энергией и способностью проходить сквозь материю, но при этом взаимодействовать достаточно сильно, чтобы создать радиоливень на выходе?
У учёных пока нет ответа, но есть гипотезы. Возможно, это неизвестный тип частиц, связанных с тёмной материей. Или так называемое «стерильное нейтрино» — гипотетический четвёртый тип нейтрино, который взаимодействует с миром ещё слабее, чем его известные собратья. А может, как предполагает сама исследовательница Стефани Уиссел, дело в каком-то неизвестном науке эффекте распространения радиоволн вблизи льда.
В ожидании нового вестника
Сегодня загадка ANITA — одна из самых интригующих в физике высоких энергий. Это не доказательство существования инопланетян или порталов в другое измерение. Это аккуратный, проверенный, но необъяснимый научный факт.
Ответы может дать следующее поколение экспериментов. В Университете штата Пенсильвания уже разрабатывается новый, более крупный и чувствительный прибор PUEO. Он сможет поймать больше таких аномальных событий (если они повторятся) и, возможно, собрать достаточно данных, чтобы понять их природу.
«Мы можем обнаружить нейтрино, что в некотором смысле было бы куда более захватывающе», — говорит Уиссел, намекая, что подтверждение существующих теорий на новых энергетических рубежах — не менее важная задача. Но в её словах слышится и азарт первооткрывателя. Ведь самый волнующий исход — это найти то, чего никто не ожидал. Частицу-призрака, прилетевшую не из космоса, а из глубин нашей собственной планеты.
