Naš najbolji model fizike čestica pukne po šavovima dok se bori da zadrži svu neobičnost u svemiru. Sada se čini da je vjerojatnije da će se to dogoditi zahvaljujući nizu čudnih događaja na Antarktiku ...
Smrt ove vladajuće paradigme fizike, Standardnog modela, predviđala se već desetljećima. Postoje naznake njegovih problema u fizici koju već imamo. Čudni rezultati laboratorijskih eksperimenata sugeriraju treperenje sablasno novih vrsta neutrina izvan tri opisane u Standardnom modelu. A svemir izgleda pun tamne materije koju nijedna čestica u Standardnom modelu ne može objasniti.
No nedavni zbunjujući dokazi mogli bi jednog dana povezati te nejasne nizove podataka: Tri puta od 2016., čestice ultra visoke energije provirivale su se kroz led Antarktike, postavljajući detektore u eksperimentu Antarktička impulzivna prolazna antena (ANITA), stroj visi s NASA balona daleko iznad smrznute površine.
Kao što je Live Science izvijestio u 2018. godini, ti događaji - zajedno s nekoliko dodatnih čestica otkrivenih kasnije u zakopanom antarktičkom neutrinskom opservatoriju IceCube - ne odgovaraju očekivanom ponašanju nijedne čestice Standardnog modela. Čestice izgledaju kao ultra-energetski neutrini. Ali, ultra-energetski neutrini ne bi trebali proći kroz Zemlju. To sugerira da se neka druga vrsta čestica - ona koja nikad prije nije viđena - baca u hladno južno nebo.
Sada je u novom radu tim fizičara koji rade na IceCube-u bacio na jedno od posljednjih preostalih objašnjenja Standardnog modela za ove čestice: kozmički akceleratori, divovske neutrinske puške skrivene u svemiru koje bi povremeno ispaljivale snažne neutrinske metake na Zemlji. Zbirka hiperaktivnih neutrinskih topova negdje na našem sjevernom nebu mogla je progutati dovoljno neutrina u Zemlju da smo otkrili čestice koje pucaju iz južnog vrha našeg planeta. No, istraživači IceCube-a nisu pronašli nikakve dokaze o toj kolekciji, što sugerira da je potrebna nova fizika da bi se objasnili tajanstvene čestice.
Da biste razumjeli zašto, važno je znati zašto su ove misteriozne čestice tako uznemirujuće za Standardni model.
Neutrini su najslabije čestice o kojima znamo; teško ih je otkriti i gotovo su neumorne. Oni neprekidno prolaze našom planetom - uglavnom dolaze od sunca i rijetko se, ako ikad, sudaraju s protonovima, neutronima i elektronima koji čine naša tijela i prljavštinu ispod naših stopala.
No, ultra-energetski neutrini iz dubokog svemira razlikuju se od njihovih rođaka s niskom energijom. Mnogo rjeđi od neutrina s niskom energijom, oni imaju širi "presjek", što znači da je vjerojatnije da će se sudariti s drugim česticama dok prolaze kroz njih. Izgledi ultra-visokoenergetskog neutrina koji ga čini cijelim putem Zemlje netaknutim toliko su mali da ne biste nikada očekivali da će otkriti da se to događa. Zato su otkrića ANITA bila tako iznenađujuća: Bilo je to kao da je instrument dva puta pobijedio na lutriji, a IceCube ga je osvojio još par puta čim je počeo kupovati karte.
A fizičari znaju s koliko lutrijskih karata su morali raditi. Mnogo ultra-energetskih kozmičkih neutrina potječe iz interakcija kozmičkih zraka s kozmičkom mikrovalnom pozadinom (CMB), slabim svjetlom Velikog praska. Te kozmičke zrake, s vremena na vrijeme, komuniciraju s CMB-om na samo pravi način da ispale visokoenergetske čestice na Zemlji. To se naziva "fluks", a isto je po cijelom nebu. I ANITA i IceCube već su izmjerili kako izgleda kozmički neutrinski tok na svaki od njihovih senzora, a on jednostavno ne proizvodi dovoljno visokoenergetskih neutrina za koje biste očekivali da će svaki put otkriti neutrino koji leti iz Zemlje na bilo kojem detektoru ,
"Ako događaji koje ANITA otkrije pripadaju ovoj difuznoj neutrinoj komponenti, ANITA bi trebala izmjeriti mnoge druge događaje pod drugim kutima povišenja", rekla je Anastasia Barbano, fizičarka sa Sveučilišta u Ženevi koja radi na IceCubeu.
Ali teoretski bi mogli postojati ultra-visokoenergetski izvori neutrina izvan protoka neba, rekao je Barbano Live Science: one neutrinske puške ili kozmički akceleratori.
"Ako se ne radi o neutrinima nastalim interakcijom kozmičkih zraka ultra-visoke energije s CMB-om, tada promatrani događaji mogu biti ili neutrini proizvedeni od strane pojedinih kozmičkih akceleratora u određenom vremenskom intervalu" ili neki nepoznati zemaljski izvor, - rekao je Barbano.
Blažari, aktivna galaktička jezgra, pragovi gama zraka, galaksije zvijezda, spajanje galaksija i magnetizirane i brzo okretne neutronske zvijezde dobri su kandidati za takve vrste akceleratora, rekla je. A znamo da kozmički neutrinski akceleratori postoje u svemiru; u 2018. godini IceCube je pratio visokoenergetski neutrin natrag u blazar, intenzivan mlaz čestica koji dolazi iz aktivne crne rupe u središtu daleke galaksije.
ANITA uzima samo najekstremnije visokoenergetske neutrine, rekao je Barbano, a ako su čestice koje lete prema gore bile neutrini potaknuti kozmičkim akceleratorom iz Standardnog modela - najvjerojatnije tau neutrinosa - tada bi snop trebao doći s nižim tušem -energetske čestice koje bi pokrenule IceCube-ove detektore niže energije.
"Tražili smo događaje u sedam godina IceCube podataka", rekao je Barbano - događaje koji se podudaraju sa kutom i dužinom otkrivanja ANITA, a koje biste očekivali da ćete otkriti da li postoji značajna baterija kozmičkih neutrinskih topova koja pucaju na Zemlju za proizvodnju ovih uzlaznih čestica. Ali nitko se nije pojavio.
Njihovi rezultati ne isključuju u potpunosti mogućnost izvora akceleratora vani. Ali oni "ozbiljno ograničavaju" spektar mogućnosti, eliminirajući sve najiročnije scenarije koji uključuju kozmičke akceleratore i mnoge manje uvjerljive.
"Poruka koju želimo prenijeti javnosti je da astrofizičko objašnjenje Standard Model ne djeluje bez obzira na to kako ga izrežete", rekao je Barbano.
Istraživači ne znaju što slijedi. Ni ANITA, ni IceCube nisu idealni detektor za potrebne daljnje pretrage, rekao je Barbano, ostavljajući istraživačima vrlo malo podataka na kojima mogu temeljiti svoje pretpostavke o tim misterioznim česticama. To je pomalo kao da pokušate shvatiti sliku na džinovskoj slagalici iz samo nekoliko komada.
Trenutno se čini da mnoge mogućnosti odgovaraju ograničenim podacima, uključujući četvrtu vrstu "sterilnog" neutrina izvan standardnog modela i niz teoretiziranih vrsta tamne materije. Bilo koje od ovih objašnjenja bilo bi revolucionarno.hjh No, još uvijek nije nitko favoriziran.
"Moramo pričekati sljedeću generaciju neutrinskih detektora", rekao je Barbano.
