Новое исследование показывает, что за наше существование может отвечать «призрачная частица» из начала времён.

В лесах на крайнем севере Миннесоты группа учёных охотится за призраками.

Но не за паранормальными явлениями вроде призраков умерших родственников.
Они ищут одну из самых неуловимых частиц во Вселенной. Частицу настолько важную, что она может содержать ключ к объяснению того, почему вообще что-либо существует.

Мы называем их нейтрино. Впервые они были обнаружены в начале 20 века, когда физики заметили, что в некоторых ядерных реакциях мы что-то упускали: энергия и импульс входов не равнялись выходам.

Ответом оказалась новая, ранее неизвестная частица, продукт реакций, который сначала проскользнул незамеченным. Легендарный физик Энрико Ферми дал нейтрино их название, что на итальянском языке означает «маленькие и нейтральные».

Каждую секунду через ваше тело проходят триллионы нейтрино. Они образуются в каждой ядерной реакции во всей вселенной. Они образуются в далёких взрывах сверхновых.

Они образуются в ядре Солнца. Они образуются даже в наших атомных электростанциях. Но они так редко взаимодействуют с материей, что, несмотря на поток, который проходит через вас в каждый момент, вы вряд ли взаимодействуете с хотя бы одним из них за всю свою жизнь.

Учёные из северной Миннесоты были участниками проекта NOvA и построили детектор нейтрино размером с двухэтажный самолёт Airbus A380.

Они наблюдали, как нейтрино, генерируемые в Фермилабе, расположенном недалеко от Чикаго и удалённом более чем на 800 километров, пролетали через Землю и проскальзывали через их детектор. После многих лет наблюдений и триллионов триллионов нейтрино команде удалось обнаружить несколько сотен из них.

Этого было достаточно, чтобы пролить свет на их необычные свойства.

Нейтрино обладают особым свойством, которое может объяснить странную особенность нашей Вселенной: тот факт, что вообще что-то в ней существует.

Проблема заключается в том, что почти во всех наших расчётах, теориях и моделях функционирования вселенной материя и антиматерия должны были родиться и присутствовать в равных пропорциях.

Антиматерия похожа на обычную материю, но имеет противоположный заряд. Позитрон, антиматерия электрона, имеет точно такую же массу и спин, но (как следует из его названия) имеет положительный заряд. Когда материя и антиматерия сталкиваются, они аннигилируют друг друга, исчезая во вспышке чистой энергии.

Точно так же любое взаимодействие или реакция частиц, приводящая к образованию обычной материи, имеет двойную версию, приводящую к образованию антиматерии, и вероятность возникновения этих двух видов реакций одинакова.

Таким образом, во Вселенной должен быть баланс между антиматерией и материей.

Но его нет. Куда делась вся антиматерия?

Этот вопрос остаётся одной из величайших неразгаданных загадок современной космологии.
Что-то в ранней Вселенной — какой-то странный, экзотический процесс — должен был склонить чашу весов в пользу материи. Для этого не требовалось много.

Материя должна была просто превзойти антиматерию в соотношении один к миллиарду. Но это должно было произойти быстро, иначе вся материя и антиматерия на заре Большого Взрыва уничтожили бы друг друга в яростных всплесках энергии, оставив после себя только пустую Вселенную.

Многие учёные считают, что нейтрино могут дать ответ на эту сложную загадку, и это потому, что у них есть ещё один трюк в запасе: способность менять свою идентичность.

Существует не один вид нейтрино. Их три: электронное нейтрино, мюонное нейтрино и тау-нейтрино. В отличие от других частиц, нейтрино во время движения могут переключаться между этими различными идентичностями, превращаясь в разные виды и переходя между ними.

Поэтому, если ядерная реакция производит много нейтрино одного вида, детектор, установленный за сотни километров, обнаружит гораздо меньше, чем прогнозировалось, нейтрино этого вида.

Сравнивая количество нейтрино, которое, как мы знаем, производится в реакциях, с количеством наблюдаемых нейтрино, физики могут понять, какие ещё трюки могут быть у нейтрино.

В статье, опубликованной в октябре в журнале Nature, эксперимент NovA в сотрудничестве с аналогичным экспериментом в Японии изложил результаты своего многолетнего исследования нейтрино.

Они обнаружили возможность того, что нейтрино могут нарушать одну из самых фундаментальных симметрий во всей природе: симметрию заряда.

Обычно при взаимодействии частиц количество заряда, входящего во взаимодействие, должно равняться количеству выходящего заряда. Именно поэтому материя и антиматерия должны оставаться в равновесии. Но нейтрино могут нарушать это правило, позволяя происходить взаимодействиям, в которых общее количество заряда отличается в начале и в конце.

Это позволяет по-другому посмотреть на процессы ранней Вселенной, где мощный поток нейтрино мог вызвать каскад реакций, приведших к преобладанию материи над антиматерией.

Как и ожидали учёные, новые результаты далеко не являются окончательными, учитывая призрачную и неуловимую природу нейтрино. Но они указывают на многообещающее направление.

Кто бы мог подумать, что объяснение того, почему существует что-то, а не ничего, может содержаться в частице, о существовании которой мы долгое время даже не подозревали?

SLY_G


via