Квантни свет: како су стерилни неутрини и тамна материја повезани?

Најчешће честице природе, заса изузетком фотона (честице светлости), ово су неутрини. Они немају набој и долазе од Сунца, као и од супернова и других космичких догађаја. Штавише, око трилион неутрина тренутно пролази кроз вашу руку! Научници идентификују неколико типова или варијетета неутрина: електронски, мионски и тау неутрини, а такође се надају постојању четвртог типа – „стерилних неутрина“. Ако заиста постоје, онда би помогли у решавању неколико фундаменталних мистерија у физици, на пример, зашто неутрини имају масу, док теорије предвиђају да те честице не би требало да имају масу? Стерилни неутрини су такође повезани са мистериозном супстанцом која испуњава 85% видљивог универзума - тамном материјом која прожима свемир. Претходни експерименти су предвиђали присуство ових мистериозних честица, али ево проблема: теорија такође предвиђа могуће постојање не само "стерилних" неутрина, већ и многих других, додатних честица. Ови неутрини би могли да комуницирају једни са другима преко сопствених тајних сила негде у позадини универзума. Али прво ствари.

Квантни свет крије многе тајне, чији мали део покушавамо да схватимо

Садржај

• 1 Од чега се састоји све около?
• 2 Мистериозни неутрина
• 3 У потрази за стерилним неутринима
• 4 Какве везе има тамна материја с тим?

Од чега се све около састоји?

Са становишта физике, ми смо састављени од кваркова илептона. Како Михаил Владимирович Данилов, доктор физичко-математичких наука, објашњава у свом видеу за Пост-Сциенце, неутрони се састоје од у-кваркова и д-кваркова и чине атомска језгра. Атоми се формирају од атомских језгара и електрона, који се затим комбинују у молекуле, формирајући апсолутно све што видимо око себе.

Слажем се, прилично једноставна слика.Електрони у атомима се држе заједно електромагнетном интеракцијом, а њен носилац су фотони. Кваркови унутар протона и неутрона се држе заједно због јаке интеракције, чији су носиоци глуони.

Хигсов бозон је много променио у свету елементарних честица

Због јаке интеракције, протони инеутрони се држе у језгру атома, а слаба интеракција је одговорна за прелазак неутрона у протон, електрон и антинеутрино. Овде, међутим, треба напоменути да свака честица има своју античестицу, који се од честице разликује по негативном наелектрисању, - примећује Данилов.

Али упркос томе што је тако елегантан и једноставанНа први поглед слика, природа није тако једноставна. А доказ за то је постојање још једног скупа кваркова и лептона, које физичари називају генерацијама. Занимљиво је да су ове честице теже од обичних кваркова и лептона, али нису око нас. Јављају се само у ретким приликама.

Дакле, шта на крају знамо о универзуму?

У природи постоје кваркови и лептони. Кваркови учествују у јаким интеракцијама, лептони не.

У ствари, ове ситне честице су темељ свегаоно што видимо. Откривен 2012. године, Хигсов бозон изгледа употпуњује слику, јер он даје масу свим осталим честицама у Стандардном моделу. Детаљније о томе шта је стандардни модел и како физичари деле материју на атоме, рекао сам у овом чланку, препоручујем да га прочитате.

Мистериозни неутрини

Али да се вратимо на неутрине.Током 1990-их, током експериментисања са овим мистериозним честицама, догодило се нешто чудно: превише честица се појавило у детектору. 2002. године научници су започели још један експеримент како би открили шта се догодило. Овај тест је такође показао невероватне резултате - али на другачији начин.

Неутрино Да ли су мистериозне квантне честице које имајумаса, али веома мала и тешко мерљива. Они су невероватни јер маса коју садрже није укључена у Стандардни модел, који описује субатомски свет.

Ови вишак честица у раним експериментимаузбудио је научнике. Чињеница је да су изгледали као могући знаци постојања такозваних „стерилних неутрина“ који ометају нормалне укусе неутрина (како их физичари поетски називају): стерилни неутрини би комуницирали са другим честицама само уз помоћ гравитације, док би бунар -позната три укуса неутрина - уз коришћење слабе интеракције.

Физичари поетски називају различите врсте кваркова укусима.

Ипак, они могу утицати на другенеутрина због чудне особине коју све ове честице поседују: способност да „вибрирају“ или промене укус. Честица, као што је електронски неутрино, може се претворити у тау или мионски неутрино, и обрнуто. Ова трансформација се обично дешава када неутрини пређу одређену удаљеност, али изгледа да се то дешава брже у другим експериментима.

Међутим, 2013. постојање стерилнихнеутрина су доведена у питање, пошто истраживања која су спроведена на Институту Макс Планк у Немачкој о раном универзуму нису нашла њихове трагове, како, на пример, часопис Куанта објашњава у вези с тим.

Више на тему: Физичари открили нову елементарну честицу – тетракварк

Од тада су се спекулисале о тој могућностипостојање не једног стерилног, већ много додатних неутрина који би могли да комуницирају једни са другима преко сопствених тајних сила на месту у Универзуму које још увек не знамо.

У потрази за стерилним неутринима

ЛСНД детектор неутрина који се налази уНационална лабораторија Лос Аламос и мини-акцелератор неутрина МиниБооНЕ у Националној акцелераторској лабораторији Ферми (Фермилаб) омогућили су истраживачима да дођу до изненађујућих закључака.

Физичари су више од двадесет година тражили мистериозни стерилни неутрино

Занимљива чињеница
Раније се веровало да мионски неутрини могупретворити у стерилне неутрине, а затим у електронске неутрине - овај процес се може десити брже од једноставног пребацивања мионске ароме на електронски.

У својим експериментима, физичари стварају токмионских неутрина и усмерити их на детектор који се налази на удаљености од 470 метара. Детектор - џиновски резервоар испуњен са 170 метричких тона чистог течног аргона - чека да ухвати неутрине док се један од атома аргона судара са језгром. Такви судари су изузетно ретки, а њихови једини знаци су секундарне честице настале као резултат интеракције.

Како наводи Сциентифиц Америцан, научници су 27. октобра објавили резултате добијене детектором МицроБооНЕ, наводећи да није видео никакав знакшто указује на присуство додатних честица.

Да, мало је чудно, каже портпарол.МицроБооНЕ Бонние Флеминг са Универзитета Јејл. „Ранији експерименти су видели додатне честице које изгледају као електрони или фотони“, примећује он.

Детектор елементарних честица МицроБооНЕ

Ово је занимљиво: научници су ближи разумевању зашто у Универзуму има мање антиматерије него материје

Међутим, МицроБооНЕ може много прецизније одредитисмер кретања честица и енергија коју емитују честице. То значи да физичари могу одлучити да ли је нешто електрон или фотон. Прави тријумф експеримента је да технологија тако добро функционише.

Међутим, истраживачи су готово сигурни у точињеница да тамо где су тражили нема сувишних електрона или фотона, што умањује наду у проналажење стерилних неутрина. Ако би мионски неутрини могли брзо да се претворе у стерилне неутрине, а затим у електронске неутрине, електрони би се појавили у детектору.

Детектор није довољно удаљен од свог извора да би дошло до уобичајене осцилације мионског неутрина према електронском неутрина

Али ако нема додатних електрона или фотона, шта ондада ли је то за вишак честица које су снимили ЛСНД и МиниБооНЕ? Један одговор је да се необјашњиви судари неутрина заправо нису догодили ни у једном од претходних експеримената, и да су у случају МиниБооНЕ, истраживачи једноставно пропустили неке сметње унутар детектора током експеримента.

Детектор није довољно удаљен од свог извора да би се јавила уобичајена осцилација мионског неутрина на електронски неутрин.

Други се слажу.„Мало је вероватно да је дошло до грешке у детектору“, рекао је новинарима теоретски физичар са Универзитета Нортхвестерн Андре де Гоувеа. Мора постојати нови извор или електрона или фотона, или нешто попут електрона или фотона. Можда се, каже, дешава нешто сложеније.

Ове честице се могу распасти на друге -на пример, обичан неутрино и нешто егзотично, као што је „тамни фотон“ (рођак обичних фотона, физичари претпостављају његово постојање, али до данас нема доказа о њиховом постојању).

Такође погледајте: Да ли треба веровати науци?

Какве везе има тамна материја са тим?

Ипак, стерилни неутрини остајуатрактивна перспектива за физичаре. Они су вероватно нуспроизвод теорија које покушавају да објасне зашто неутрини уопште имају масу. Штавише, ове мистериозне честице могу помоћи да се објасни шта је тамна материја.

Чињеница је да су неке врсте стерилнесами неутрини могу бити кандидати за тамну материју, или бити део „тамног сектора“ у којем је честица тамне материје повезана са стерилним неутринима или се распада на њих. А откривање шта се дешава у овим експериментима неутрина може бити први корак ка одговору на ова шира питања.

Ово је заиста занимљиво јер су све очигледне могућности већ тестиране, кажу истраживачи.

Пошто тамна материја не улази у електромагнетну интеракцију са фотонима светлости, немогуће је посматрати је директно.

Питаћете се: може ли тамна материја настати од обичне материје?

Као што је предложила Јанет Конрад, физичар изМасачусетског института за технологију (МИТ) и Карлоса Аргуеллес-Делгадоа, физичара са Универзитета Харвард, стерилни неутрини могу да се распадну у колекцију невидљивих честица: они би потврдили постојање тамног сектора, узгајаног као алтернатива немогућности откривања „нетакнути“ стерилни неутрини.

Да вас подсетим на то тамна материја се не састоји од обичних честица, као што су електрони, протони или електрони, па се верује да мора бити састављена од честице коју Стандардни модел не препознаје.

Историјски стерилни неутрини су били кандидатида објасне састав тамне материје, па би провера да ли доминирају тамним сектором са невидљивим честицама које су њихови директни потомци објаснила и зашто је универзум у сталном ширењу.

Можда ће научници ускоро открити нешто што ће заувек променити савремену физику.

Више о теми: Научници верују да тамна материја можда вреба у додатној димензији

Укратко, добра ствар је што имамо алате задаље проучавајте ово питање па се надамо да ће научници доћи до дна. Потрага за стерилним неутринима се наставља, останите са нама и претплатите се на наш Телеграм канал, тако да сигурно нећете пропустити ништа занимљиво!