Физики близки к раскрытию тайны существования четвертого типа нейтрино. Нейтрино и гравитация последние новости
Новая теория гравитации исключает темную материю.
Новая теория гравитации может объяснить аномальные движения звезд в галактиках, которые ранее объяснялись наличием темной материи.
Возникающая гравитация, так названа новая теория, предсказывает точно такое же отклонение движений, которое обычно объясняют, ссылаясь на ТМ.
Профессор Эрик Верлинде, известный эксперт в области теории струн из Университета Амстердама и Дельта Института теоретической физики, опубликовал новую научно-исследовательскую работу, в которой он расширяет свои новаторские взгляды на природу гравитации.
В 2010 году Верлинде удивил мир совершенно новой теорией гравитации. Согласно Верлинде, сила тяжести не является фундаментальной силой природы - это явление возникающее. Таким же образом, как температура возникает из движения микроскопических частиц, гравитация возникает из изменений фундаментальных битов информации, находящихся в самой структуре пространства-времени.
Закон Ньютона и новый подход
В своей статье 2010 года О происхождении гравитации и законов Ньютона, Верлинде показал, как знаменитый второй закон Ньютона, который описывает, как яблоки падают с деревьев и позволяет спутникам остаться на орбите, такие же результаты могут быть получены из этих основных микроскопических строительных блоков. Продолжая свою предыдущую работу и работу, проделанную другими, Верлинде теперь показывает, как понимать любопытное поведение звезд в галактиках, не добавляя загадочную темную материю.
Внешние области галактик, таких, например, как наш Млечный Путь, вращаются гораздо быстрее вокруг центра, чем можно объяснить количеством обычной материи - звезд, планет, пыли и межзвездных газов. Что-то еще должно производить необходимое количество гравитационной силы, поэтому физики высказали предположение о существовании темной материи. ТМ должна доминировать в нашей Вселенной, состоящая из более чем 80% темной материи. До сих пор, предполагаемые частицы темной материи никогда не наблюдалось, несмотря на многочисленные попытки обнаружить их.
Нет необходимости в темной материи
По словам Верлинде, нет необходимости добавлять загадочную темную частицу материи в теорию. В новой статье, которая появилась на сервере препринтов ArXiv, Верлинде показывает, как его теория гравитации точно предсказывает скорости, с помощью которых звезды вращаются вокруг центра Млечного Пути, а также движение звезд внутри других галактик.
"У нас есть доказательства того, что этот новый вид гравитации на самом деле согласуется с наблюдениями," говорит Верлинде. "При больших масштабах, похоже, что сила тяжести просто не ведет себя так, как предсказывает теория Эйнштейна."
Адаптация голографического принципа
Частью теории Верлинде является адаптация голографического принципа, введенного его преподавателем Джерардом т'Хоофтом (Нобелевская премия 1999, Utrecht University) и Сасскиндом (Стэнфордский университет). В соответствии с голографическим принципом, вся информация во всей Вселенной может быть описана на гигантской воображаемой сфере вокруг неё. Верлинде теперь показывает, что эта идея не совсем корректна, часть информации в нашей Вселенной содержится в самом пространстве.
Эта дополнительная информация необходима, чтобы описать другую темную составляющую Вселенной: темную энергию, которая, как считается, отвечает за ускоренное расширение Вселенной. Исследование последствий воздействия этой дополнительной информации на обычную материю, Верлинде приходит к ошеломляющему выводу. В то время как обычная сила тяжести может быть закодирована с использованием информации о воображаемой сфере вокруг Вселенной, как он показал в своей работе 2010 года, результатом дополнительной информации в объеме пространства является взаимодействие, которое хорошо совпадает с приписанному взаимодействию ТМ.
На грани научной революции
Гравитация остро нуждается в новых подходах, таких как теория Верлинде, так как она(гравитация) не очень хорошо сочетается с квантовой физикой. Проблемы возникают в экстремальных условиях: вблизи черных дыр, или во время Большого взрыва. Верлинде говорит:
"Многие физики-теоретики, вроде меня, работают над пересмотром теории, и некоторые крупные достижения были сделаны. Мы можем стоять на пороге новой научной революции, которая коренным образом изменит наши представления о самой природе пространства, времени и силы тяжести". говорит Верлинде.
О попытках объяснить движение звезд в галактиках без использования ТМ, мы писали в этой статье.
www.astronews.space
Физики приблизились к определению массы нейтрино
11:2716.05.2016
(обновлено: 12:11 16.05.2016)
5221253
МОСКВА, 16 мая – РИА Новости. Эксперименты на японском детекторе KamLAND помогли физикам сузить пределы возможной массы нейтрино. Ученые не обнаружили следов крайне редких вариантов распада ядер ксенона-136, что говорит о более низкой массе этих частиц, чем ожидалось, рассказал французский физик Адам Фальковский.
Нейтрино представляют собой мельчайшие элементарные частицы, которые "общаются" с окружающей материей только посредством гравитации и так называемых слабых взаимодействий, проявляющихся лишь на расстояниях, существенно меньше размеров ядра атома. В середине прошлого века ученые открыли три вида таких частиц — тау, мюонные и электронные нейтрино и их "злые близнецы"-антинейтрино.
Наблюдения за Солнцем в 1960 годах и эксперименты нобелевских лауреатов Артура Макдональда и Такааки Каджиты показали, что нейтрино разных видов умеют периодически превращаться друг в друга и обладают ненулевой массой. Наблюдения за подобными превращениями, проведенные российскими и зарубежными физиками 10-15 лет назад, показали, что масса этих частиц крайне мала – она не может превышать 1,5-2 электронвольт.
Сегодня физики пытаются точно определить эту массу, используя детектор KamLAND, построенный в Японии в 2002 году и обновленный в 2011 году. Это устройство, представляющее собой гигантский пузырь, заполнено особой жидкостью на базе ксенона-136 – редкого изотопа этого благородного газа, чей период полураспада в несколько триллионов раз превышает возраст Вселенной.
Физики обнаружили самый медленный процесс во Вселенной Если такие распады происходят, то нейтрино будут принадлежать к так называемым фермионам Майораны – особому типу элементарных частиц, главное отличительное свойство которых — то, что они являются своей собственной античастицей. Подобная природа нейтрино будет означать, что они будут самоуничтожаться при столкновениях друг с другом, а также накладывать особые ограничения на их массу "снизу" и "сверху", что должно облегчить определение их массы покоя.
Вполне возможно, что это не так на самом деле – наблюдая за вспышками в "пузыре" KamLAND на протяжении последних четырех лет, физики не смогли зафиксировать характерного "горба" в частоте рождения в нем электронов с энергией в 2,5 МэВ, которые должны появляться при таких распадах.
По словам Фальковского, это говорит сразу о нескольких вещах — о том, что масса нейтрино гораздо ниже, чем считалось ранее, а также о том, что безнейтринные распады, если они существуют, происходят еще реже, чем "нормальные" распады Xe-136. Кроме того, не исключена возможность того, что электронные нейтрино будут самыми тяжелыми, а тау-нейтрино – самыми легкими: это обратная картина того, как соотносятся массы их более осязаемых "кузенов" — электрона, мюона и таона.
Окончательная проверка майорановской сущности нейтрино, как отмечает физик, пока невозможна – детектору KamLAND не хватает чувствительности, чтобы "залезть" в ту зону масс, которая была очерчена в ходе текущего исследования. Плановая замена "пузыря", в котором сейчас плавает ксенон-136, ожидаемая в ближайшие годы, позволит достичь нужных показателей и проверить, действительно ли нейтрино являются античастицами для самих себя.
ria.ru
Физики близки к раскрытию тайны существования четвертого типа нейтрино
12:0010.04.2017
(обновлено: 13:06 10.04.2017)
2732142
МОСКВА, 10 апр – РИА Новости. Российские и зарубежные физики из коллаборации "Дайя-Бэй" нашли почти неопровержимые доказательства того, что так называемых "стерильных" нейтрино не существует, что заставит ученых полностью пересмотреть теории формирования этих частиц, говорится в статье, размещенной в электронной библиотеке arXiv.org
"В 2011 году наши коллеги заметили, что некоторые реакторы производят меньше антинейтрино, чем они должны. Эта аномалия заставила многих считать, что стерильные нейтрино должны существовать – в них, как считали тогда физики, могли превращаться "пропавшие" антинейтрино. Данные с "Дайя-Бэй" показали, что количество этих исчезнувших частиц зависит от доли урана-235 в ядерном топливе, что поставило под сомнение существование еще одной формы нейтрино", — заявил Патрик Убер (Patrick Huber) из университета Вирджинии в Блэксбурге (США).
Вселенская пропажа
Нейтрино представляют собой мельчайшие элементарные частицы, которые "общаются" с окружающей материей только посредством гравитации и так называемых слабых взаимодействий, проявляющих себя только на расстояниях, существенно меньших размеров ядра атома. К примеру, столкновение нейтрино и протона приводит к рождению нейтрона и позитрона.
Ученые не нашли следов новой физики в "самоуничтожении" нейтрино В середине прошлого века ученые открыли, что существует три разных вида таких частиц — – тау, мюонные и электронные нейтрино и их "злые близнецы"-антинейтрино. Наблюдения за Солнцем в 1960 годах и эксперименты нобелевских лауреатов 2015 года, Артура Макдональда и Такааки Каджиты, показали, что нейтрино разных сортов умеют периодически превращаться друг в друга и обладают ненулевой массой.
Это открытие заставило многих физиков считать, что существует еще и четвертый тип этих частиц – так называемые "стерильные" нейтрино. Они должны обладать чрезвычайно большой массой по сравнению с "обычными" нейтрино и не взаимодействовать другой материей никаким образом, кроме как при помощи сил притяжения. Подобные частицы, как предполагают космологи, могут быть ключом к объяснению процесса расширения Вселенной, исчезновения антиматерии и ряда других загадок мироздания.
Детекторы нейтрино эксперимента "Дайя-бэй"
На сегодняшний день существуют несколько детекторов нейтрино, таких как "Дайя-Бэй" или IceCube, пытающихся найти следы таких супер-нейтральных нейтрино в потоках трех "нормальных" версий этих частиц, вырабатываемых или реакторами, или Солнцем. Ни один из этих экспериментов пока не нашел следов ни "стерильных" нейтрино, ни того, что нейтрино могут "самоуничтожаться" при столкновении с другой частицей.
Физики приблизились к определению массы нейтрино Ядерная разгадка
Убер и его коллеги, в том числе физики из Объединенного института ядерных исследований РАН в Дубне, усомнились в существовании таких частиц. Анализируя данные, полученные шестью детекторами "Дайя-Бэй" в ходе нескольких лет непрерывных наблюдений за реакторами на востоке Китая, ученые натолкнулись на странность, которую нельзя было объяснить существованием стерильных нейтрино.
Как рассказывают физики, число "пропавших" антинейтрино в потоке частиц, порождаемых АЭС "Линьао" и "Дайя-Бэй", странным образом зависело от того, как давно была загружена последняя порция ядерного топлива в их реакторы.
Физики из МГУ будут искать нейтрино под водой вместе с Европой Проанализировав цикл разложения топлива и то, как менялся поток нейтрино, ученые пришли к выводу, что причиной этих колебаний было то, что уран-235, один из основных компонентов ядерного топлива, постепенно распадался по мере работы реактора.
Убер объясняет, что это связано с тем, что фактически вся цепочка осколков деления урана-235 вырабатывает антинейтрино по мере дальнейшего распада, тогда как другие компоненты ядерного топлива – уран-238, плутоний-239 и плутоний-241 – гораздо меньше замешаны в их рождении. В прошлом ученые не задумывались об этом, так как число антинейтрино, вырабатываемых в ходе распада урана-235, крайне сильно недооценивалось.
Все это, как отмечает ученый, указывает на то, что стерильных нейтрино, скорее всего, не существует, однако говорить об этом с 100% уверенностью пока нельзя. Проверить эту гипотезу, по словам Хубера, можно, используя особое ядерное топливо, высоко обогащенное ураном-235. Если эти выводы подтвердятся, то физикам придется искать какие-то новые объяснения тому, почему нейтрино обладают ненулевой массой за пределами Стандартной модели мира частиц.
ria.ru
Голландский физик предложил теорию, которая переворачивает представления о Вселенной
Но Эрик Верлинде, физик из Амстердамского университета, убежден, что найти подтверждение существования темной материи невозможно вовсе не из-за проблем с оборудованием. А потому, что никакой темной материи нет.
Новая теория гравитацииВерлинде, известный эксперт в области теории струн, убежден, что само возникновение идеи о темной материи является результатом нашего непонимания природы гравитации. Он выдвинул гипотезу, которая объясняет, как галактики взаимодействуют на самом деле."В больших масштабах гравитация работает совсем не так, как предсказывал [Альберт] Эйнштейн", - констатирует Верлинде.По той простой причине, что гравитация вовсе не является одной из фундаментальных сил природы, утверждает ученый. Она не является постоянной силой и возникает лишь, когда происходят перемены в "информации", которая хранится в структуре пространства-времени.В этом месте своей теории Верлинде заимствует элементы из теории голографической вселенной, подчеркивает научный обозреватель Брайан Нелсон. По его словам, хотя здесь есть что-то фантастическое в духе Матрицы, все же теория выглядит вполне обоснованной.
Верлинде утверждает, что гравитация в привычном понимании - это иллюзия. "Не в том смысле, что все вещи падают, - пояснял физик. - А в том смысле, что на макроскопическом уровне гравитации изначально нет, но ее можно получить. Я называю это "появлением".В своей новой работе Верлинде углубляет и расширяет свою теорию, основы которой он изложил в 2010 году. Он проводит параллели между гравитацией и температурой. "Вы чувствуете температуру каждый день, но на самом деле если задуматься о движении молекул, то понятие температуры исчезнет, - поясняет Верлинде. - Останется лишь характеристика энергии молекул".Также и гравитация, убежден ученый. Она появляется лишь как следствие определенных обстоятельств.
Парадоксы не нужны
По словам Верлинде, нынешняя теория о гравитации в большинстве случаев кажется вполне рабочей. Но ученые уже не раз сталкивались с тем, что ее сложно согласовать с поведением мельчайших частиц, поведение которых описывается квантовой физикой.Иными словами, две самые важные теории современной физики противоречат друг другу, а следовательно, не могут одновременно быть правдой, констатирует научный обозреватель Иен Джонстон.
Работа Верлинде призвана разрешить это противоречие.
"Мы, возможно, стоим на краю новой научной революции, которая в корне изменит наши взгляды на пространство, время и гравитацию", - убежден голландский физик.
Верлинде нашел важный ключ для нашего следующего прорыва в физикеВерлинде подчеркивает, что теория о темной материи возникла лишь как средство найти какое-то объяснение тому, что структура галактик и целых галактических кластеров не распадается. И убежден, что рассматривая гравитацию как возникающее, а не постоянное явление, можно объяснить устройство Вселенной и без всякой темной материи.Научный мир пока относится к работе Верлинде довольно настороженно. Но некоторые эксперты считают, что у нее есть светлое будущее.Теория Верлинде хороша тем, что с легкостью проходит умозрительный тест Бритвы Оккама - принципа, согласно которому самое простое решение всегда является самым правильным, констатирует Нелсон. Обозреватель также подчеркивает, что теория голландского физика не вступает в прямое противоречие с квантовой физикой."Каждый, кто работает в области теоретической физики, пытается улучшить идеи [Альберта] Эйнштейна, - говорит профессор Принстонского университета Роберт Дийкграаф. - Мне кажется, Верлинде нашел важный ключ для нашего следующего прорыва в физике".
http://www.belaruspartisan.org/life/362332/
cosmos.mirtesen.ru
"новая физика" может начаться со стерильных нейтрино
Академик: "новая физика" может начаться со стерильных нейтрино
© Кристина Киссер // Троицкинформ.москва
МОСКВА, 14 мая – РИА Новости. Академик Игорь Ткачев из Института ядерных исследований РАН в Троицке рассказал о том, как Россия может стать лидером в поисках неуловимых стерильных нейтрино, как с ними связана загадочная темная материя и почему он считает, что БАК вряд ли откроет "новую физику".
На этой неделе в НИЯУ МИФИ в Москве и Институте ядерных исследований в Троицке состоялась очередная встреча физиков ЦЕРН из коллаборации NA61, пытающихся раскрыть тайны устройства кварково-глюонной плазмы, аналога первичной материи Вселенной, и принципы взаимодействия между нейтрино, самыми неуловимыми частицами, и другими формами материи.
Направление исследований для многих из этих экспериментов, как рассказали участники встречи, были заложены еще несколько десятилетий назад силами советских и российских ученых в Троицке. Например, в начале 1990 годов отечественные физики начали измерения массы нейтрино и пришли к выводу, что она должна быть очень небольшой, получив лучшие в мире ограничения. Сегодня увеличенная копия российского детектора, получившая имя KATRIN, строится в Германии. Этот эксперимент позволит продвинуться в ограничениях еще на порядок, либо наконец измерить массу нейтрино.
Сам прибор, как пояснил академик Игорь Ткачев, сегодня получил вторую жизнь для поисков ответа на не менее важный и интересный вопрос – существует ли еще один вид нейтрино, помимо трех уже открытых частиц и античастиц такого рода. Эти частицы, так называемые "стерильные нейтрино", должны практически не взаимодействовать с другими формами материи и обладать необычно большой для известных нейтрино массой.
Он рассказал о первых результатах подобных поисков и объяснил, почему открытие этих частиц может стать "окном" в новую физику и может объяснить многие загадки Вселенной, в том числе и существование темной материи.
— Игорь Иванович, насколько вообще целесообразно и зачем нужно искать стерильное нейтрино?
— Мы знаем, что Стандартная модель физики не является полной – к примеру, существование темной материи и наличие массы у нейтрино выходят за ее пределы и не объясняются ей. Существует много моделей, способных объяснить оба этих факта, многие из которых являются очень сложными. Самая простая возможность — добавить стерильные (или правые) нейтрино в Стандартную модель.
Конечно, модель в которой возникает масса у нейтрино можно сделать и сложной, но в данном случае, как мне кажется, работает принцип бритвы Оккама – самые простые и красивые теоретические построения обычно оказываются самыми близкими к реальности. Кроме того, было бы странно, если бы масса нейтрино возникала не так, как у всех остальных частиц Стандартной модели, в результате взаимодействия их "правых" компонент с полем Хиггса.
Когда мы думали, что у нейтрино нет массы, было логичным считать, что у нейтрино этого правого партнера нет. Но теперь, когда мы знаем, что у нейтрино есть масса, есть основания думать об обратном. Вопрос теперь заключается в массе этих партнеров – если она окажется слишком большой, то тогда мы никогда не сможем найти стерильные нейтрино в лаборатории. Такую возможность исключить нельзя, но тогда у этой модели не будет и других интересных следствий, о которых пойдет речь ниже.
© РИА НовостиДетектор нейтрино, на котором российские ученые будут искать четвертый тип этих частиц
Другие эксперименты, такие как Дайя-бэй и IceCube, "закрыли" область существования крайне легких стерильных нейтрино, не интересных для нас с космологической точки зрения. С другой стороны, если эта масса будет в примерно десять тысяч раз больше, чем у "обычных" нейтрино, т.е. около 1 кэВ, то тогда стерильные нейтрино могут составлять основу темной материи. Поиском таких нейтрино мы сейчас и начали заниматься.
— Как можно убедить публику в том, что это необходимо?
— Это же одна из самых фундаментальных проблем в настоящее время. У темной материи есть все шансы быть открытой в лаборатории, рано или поздно. Поэтому темную материю ищут десятки, если не сотни коллективов ученых уже несколько десятилетий. Эти поиски идут в самых разных направлениях – кто-то верит в тяжелые "вимпы" и пытается их найти, кому-то нравятся аксионы.
Стоимость каждого такого эксперимента на современном этапе находится на уровне 100 миллионов долларов, и никто не думает об их прекращении. Наш проект, по сравнению с такими детекторами, совсем ничего не стоит. Если нашу установку создавать сегодня, она обошлась бы где то в 5 миллионов долларов, и сами эксперименты гораздо дешевле, чем поиски других форм темной материи.
О чем это говорит? Более существенные вложения могли бы позволить нам достичь необходимого предела точности в наших измерениях и "зайти" в ту область, где мы ожидаем найти стерильные нейтрино, объясняющие существование темной материи, ее долю во Вселенной, ненулевую массу нейтрино и другие явления, выходящие за рамки Стандартной модели. Для этого нам нужно повысить чувствительность детектора на несколько порядков, и тогда мы выйдем в ту область, которая интересна и физикам, и космологам.
— Достижимо ли это с финансовой и технической точки зрения?
— Самая дорогостоящая часть нашей установки уже готова к подобной работе, на следующем этапе нам нужно заменить детекторы и электронику на более быстродействующие. Конечно, можно продолжать накапливать данные и на существующем оборудовании, но тогда нам придется прождать десятилетия, чтобы получить результат.
Сейчас мы планируем проводить параллельно и замеры, и обновление оборудования. Мы надеемся, что обновление железа и улучшение методик работы с ним позволит нам поднять чувствительность детектора как минимум на порядок, а может быть, и на два порядка, если это позволит сделать систематика.
Мы нашли новую жизнь для нашей установки и начали поиски стерильных нейтрино, однако нам быстро стало ясно, что подобные поиски в одиночестве продолжать невозможно и неправильно. Сейчас мы сотрудничаем с нашими немецкими коллегами из проекта KATRIN. В мае начнется новый сеанс работы, и к нам приедет большая делегация из Германии вместе с новой электроникой и детектором, которые будет установлены в конце сеанса.
Это позволит нам сравнить результаты наблюдений и понять насколько новая немецкая электроника лучше для нас. В этом заинтересованы и мы, и немецкие коллеги, чья установка пока не начала свою работу. Если все получится, дальше будем проводить совместный эксперимент здесь, в Троицке.
— Поможет ли открытие стерильных нейтрино в раскрытии фундаментальных свойств материи, в том числе и при анализе результатов экспериментов NA61?
— Для NA61 думаю, что нет. Но, с фундаментальной точки зрения, стерильные нейтрино чрезвычайно важны для определения того, в какую сторону и как будет расширяться Стандартная модель – можно пойти, условно говоря, направо, налево, вверх или вниз, или же просто дополнить нейтрино по аналогии с другими известными частицами. Какой из этих путей правильный – на сегодняшний день фундаментальный вопрос.
Соответственно, если мы найдем стерильные нейтрино, то тогда сразу станет ясно, в каком направлении двигаться. С другой стороны, даже если поиски закончатся неудачей, это тоже прояснит ситуацию – к примеру, если стерильные нейтрино не существуют в той области, которая связана с темной материей, то тогда мы будем знать, что она является какой-то другой сущностью за пределами Стандартной модели.
© РИА НовостиДетектор нейтрино, на котором российские ученые будут искать четвертый тип этих частиц
— Недавно вы и ваши коллеги из МФТИ опубликовали статью о том, что темная материя может быть нестабильной и что заметная ее часть могла распасться. Будет ли означать открытие стерильных нейтрино то, что и эта теория верна?
— С одной стороны, об этом можно говорить в принципе, но с другой стороны, те стерильные нейтрино, которые мы ожидаем найти, в минимальном варианте не могут объяснить те аномалии в реликтовом излучении Вселенной, о которых мы говорили. Стерильные нейтрино по своей природе должны распадаться, превращаясь в активное нейтрино и фотон, однако эти распады будут происходить слишком редко – время жизни стерильных нейтрино превышает возраст Вселенной.
Для того, чтобы объяснить те аномалии, которые были зафиксированы в данных по реликтовому излучению Вселенной, нужно, чтобы распалось как минимум 5% темной материи, что невозможно в рамках простых представлений о свойствах стерильных нейтрино.
С другой стороны, реальность может быть более сложной, могут существовать еще какие то взаимодействия и частицы, и тогда частота распадов стерильных нейтрино будет другой. Сейчас я как раз работаю над подобными сценариями.
— В последние два года физики все чаще говорят о возможных намеках на "новую физику" в результатах экспериментов на БАК. На ваш взгляд, где и когда мы увидим первые реальные следы мира за пределами Стандартной модели?
— В ближайшие десять лет, как я считаю, вряд ли получится что-то обнаружить. Трудно быть оракулом, но я не думаю, что мы на самом деле близки к открытию "новой физики", если говорить об экспериментах на Большом адронном коллайдере.
С другой стороны, ситуация выглядит более оптимистичной, если говорить о стерильных нейтрино и аксионах. Я надеюсь — так как уверенно говорить здесь нельзя — что именно они станут тем проявлением "новой физики", которое нам удастся найти первым.
Для этого есть вполне логичные причины. Стерильные нейтрино являются естественными кандидатами на роль частиц темной. Почему? Нужно смотреть на естественные расширения Стандартной модели, необходимость которых вытекает из решения каких то других проблем, а не просто ради объяснения существования темной материи.
К примеру, если взять нейтрино, мы знаем, что они должны обладать массой, которую откуда-то нужно взять. Для этого мы вводим "правые" нейтрино и это добавление к теории к тому же объясняет, откуда берется темная материя. Аналогичной является ситуация с аксионами, другим кандидатом на роль "легкой" темной материи, тоже связанным с еще одним пробелом в Стандартной модели.
Аксионы уже достаточно давно, около 20 лет, планомерно пытаются найти в лабораториях, постепенно перебирая интересную для космологии и экспериментально доступную область значений их массы. С другой стороны, темную материю в форме стерильных нейтрино целенаправленно не искали, и у нас есть большие шансы продвинуться в этом направлении, на что нам понадобится как минимум 5-10 лет. Что именно является темной материей, мы пока не знаем, но, возможно, одновременно существуют и стерильные нейтрино и аксионы.
К сожалению, как показывает история бозона Хиггса, от теоретического предсказания до открытия может пройти до полувека. Открытие, конечно может быть неожиданным, но чаще всего появляются статистические флуктуации, такие как недавняя история с резонансом 750 ГэВ, которые выглядят как "новая физика", но на самом деле являются случайными совпадениями.
Облака часто складываются в узоры, в которых некоторые теоретики видят слонов. То же самое происходит с экспериментальными данными, и нам, скорее всего, придется долго ждать того момента, когда мы дойдем до реальных результатов.
Источник - РИА Новости .Физики впервые увидели, как нейтрино сталкивается с ядром атома
© Иллюстрация РИА Новости . Алина Полянина
МОСКВА, 3 авг – РИА Новости. Российские и зарубежные физики впервые смогли зафиксировать столкновения нейтрино с ядрами атомов, наблюдения за которыми подтвердили общепринятые теоретические выкладки об их поведении, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.
"Почему это открытие мы совершили только сегодня, а не 43 года назад? То, что происходит во время этого столкновения, почти невозможно заметить. В целом, его последствия можно сравнить с тем, что происходит с шаром для боулинга, когда по нему ударяет шарик от пинг-понга. Даниель Фридман, открывший это взаимодействие на уровне теории, писал, что редкая частота столкновений и шумы вряд ли позволят его увидеть", — рассказывает Хуан Коллар (Juan Collar) из университета Чикаго (США).
Коснуться признака
Нейтрино представляют собой мельчайшие элементарные частицы, которые "общаются" с окружающей материей только посредством гравитации и так называемых слабых взаимодействий, проявляющихся лишь на расстояниях, существенно меньше размеров ядра атома. В середине прошлого века ученые открыли три вида таких частиц — тау, мюонные и электронные нейтрино и их "злые близнецы"-антинейтрино.
Нейтрино, благодаря их малым размерам и необычным свойствам, фактически всегда пролетают сквозь любые формы материи – если взять брусок свинца длиной в световой год, что равно примерно 1,5 триллионов километров, и пропустить через него поток этих частиц, лишь половина из них не достигнет его конца. По этой причине нейтрино часто называют частицами-"призраками".
Тем не менее, столкновения нейтрино и атомов все же должны происходить – при определенных условиях, как выяснил известный американский физик Даниель Фридман еще в 1974 году, нейтрино будет взаимодействовать с ядром атома, одновременно обмениваясь со всеми его протонами и нейтронами так называемыми Z-бозонами, переносчиками импульса.
В результате этого нейтрино "отскочит" от ядра атома, а все ядро атома получит дополнительный импульс и начнет двигаться в противоположную сторону, подобно тому, что происходит со сталкивающимися бильярдными шарами.
Нейтрино, как выяснилось впоследствии, может сталкиваться с материей и иными путями, однако подобные "коллективные" взаимодействия всех нейтронов и протонов внутри ядер и одиночных нейтрино, как показывали расчеты Фридмана, должны происходить чаще всего. Несмотря на это, ученые безуспешно искали их более 40 лет.
Размер не имеет значения
Эта проблема была решена Колларом и его коллегами, в том числе российскими физиками из Института Курчатова, Института теоретической и экспериментальной физики РАН и ряда других научных организаций, благодаря неортодоксальному подходу к "поимке" нейтрино – они не стали увеличивать размеры детекторов, как обычно поступают ученые при наблюдениях за частицами-"призраками", а уменьшили его.
Как заметили ученые, повышение "кучности" и интенсивности источника нейтрино позволяет добиться заметно большей частоты столкновения частиц с атомами и увеличить вероятность обнаружения их следов по сравнению с увеличением габаритов и массы самого детектора.
© Фото : ORNL/US DOE/Genevieve MartinПрофессор Юрий Ефременко прикасается к фотодетектору, аналог которого увидел столкновение нейтрино и ядра атома
Другим секретом успеха российских и американских физиков стало то, что они не стали использовать ядра тяжелых элементов, традиционно лучше взаимодействующие с нейтрино, а относительно легкий цезий, за колебаниями ядра которого было проще наблюдать. Благодаря этому Коллар и другие участники коллаборации COHERENT смогли уменьшить детектор до почти "карманных" размеров и решили загадку почти полувековой давности.
Собрав несколько десятков таких детекторов, ученые разместили их в коридоре рядом с источником нейтронов в Национальной лаборатории Оак-Ридж, построенной в штате Теннесси в разгар второй мировой войны для создания атомной бомбы. Этот коридор, как отмечают Коллар и его коллеги, экранирован многометровым слоем бетона и гальки, благодаря чему он не пропускает нейтроны из реактора, но не препятствует движению рекордно плотного потока нейтрино, рождающихся в этой установке.
Наблюдая за свечением кристаллов, внутри которых находились атомы цезия, на протяжении 15 месяцев, физикам удалось доказать, что эти вспышки света возникали в результате столкновения пучков нейтрино с ядрами металла и передачи части кинетической энергии "частиц-призраков" неподвижному цезию.
Эти столкновения, как отмечают исследователи, в целом происходили так, как предсказывает Стандартная модель. С другой стороны, Коллар и его коллеги считают, что дальнейшие наблюдения за подобными столкновениями все же могут вывести ученых на следы "новой физики", а также позволят понять, какую роль нейтрино играют в рождении сверхновых и других катастрофических событий в космосе.
Источник - РИА Новости.
cosmos.mirtesen.ru
Элементарная частица нейтрино намного тяжелее, чем предполагалось
Исследования, проводимые с помощью космической обсерватории «Планк», проливают все больше света на процесс становления нашей Вселенной. Карта реликтового излучения, бросившая вызов теории большого взрыва, показала, что материя и температура распределены в пространстве не настолько равномерно, как предполагалось. Ответом на эту загадку может стать существование особо массивных нейтрино.
Нейтрино является элементарной частицей, образующейся в процессе выделения большого количества энергии (ядерной и термоядерной реакции). Например, источником нейтрино является Солнце, так как в нем происходит непрерывная термоядерная реакция. Эти частицы, не имеющие заряда, пронизывают Землю, не взаимодействуя с атомами. Подсчитано, что ежесекундно через площадь в один квадратный сантиметр на Земле проходит 60 миллиардов солнечных нейтрино. Воздействия на живые организмы этот поток частиц не имеет, но обнаружить его можно с помощью специальных ловушек на основе жидкого металла галлия. С обнаружением нейтрино появилась целая наука – подземная физика. Телескопы, обнаруживающие следы нейтрино, расположены глубоко под землей или под километровым слоем воды.
Различные виды нейтрино имеют нижнюю границу массы 0,06 эВ, а верхняя граница была установлена на уровне 0,28 эВ. Последние исследования сотрудников Ноттингемского университета в Великобритании показали, что существуют намного более тяжелые частицы. По словам авторов исследования Ричарда Бэтти и Адама Мосса, верхняя граница масс нейтрино должна быть увеличена до 0,32 эВ. Ученые пришли к этому выводу, сопоставив данные, полученные телескопом «Планк», с фактическими наблюдениями гравитационных линз, созданных далекими галактиками.
Увеличение граничной массы нейтрино решает вопрос противоречия между аномалиями реликтового излучения и гравитационным линзированием далеких галактик. Массивные нейтрино, пронизывающие Вселенную, могут значительно искажать лучи света, идущие от других галактик к земным наблюдателям, создавая таким образом гравитационные линзы.
Подтверждение результатов исследования, по мнению ученых, способно изменить понимание мира элементарных частиц и дополнить модель возникновения и развития нашей Вселенной.
| Следующая > |
kartinamira.info
Оценены нелокальные эффекты квантовой гравитации
Физики-теоретики из России и Великобритании оценили возможный масштаб нелокальных эффектов, вызванных квантованием гравитации.
Квантовая теория поля (КТП) — теоретическая основа для описания взаимодействия микрочастиц. Это, например, Стандартная модель, описывающая результаты экспериментов на ускорителях частиц и данные астрофизических наблюдений.
Любая КТП может быть либо локальной, либо нелокальной. Грубо говоря, в локальной КТП частицы точечные и взаимодействуют в определенной точке, а в нелокальной теории это некоторые протяженные объекты, взаимодействующие в области их перекрытия.
Нелокальные КТП очень трудны для изучения, а почти весь прогресс физики высоких энергий связан с развитием локальной КТП. Однако нелокальные КТП теоретики тоже рассматривают. Их важность тесно связана с проблемой расходимостей и «перенормируемостью».
Обычно в КТП работают в рамках так называемой теории возмущений. В ней решение уравнений получается методом последовательных приближений: вначале учитываются поправки первого порядка, затем второго, третьего и т.д. Трудность состоит в том, что слагаемые получающегося бесконечного ряда расходящиеся, то есть имеют бесконечные значения.
Чтобы получить осмысленный результат, нужно провести «перенормировку» — добавить в теорию некоторые вспомогательные бесконечные величины, «контрчлены», которые будут взаимно сокращаться с расходимостями. Если эту процедуру можно провести, вводя лишь конечное количество контрчленов, то такая теория считается хорошей, или «перенормируемой» (Стандартная модель как раз такая). Если конечным числом контрчленов ограничиться нельзя, то теория плохая, или «неперенормируемая».
Трудность построения теории квантовой гравитации состоит именно в том, что теория, получающаяся в результате квантования классической общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна, неперенормируема.
Кажется, что неперенормируемые теории бессмысленны. Однако современные физики смотрят на них как на «эффективные теории», описывающие реальность лишь при низких энергиях. То есть они предполагают, что неперенормируемость связана с тем, что мы рассматриваем явления при низких энергиях и необоснованно экстраполируем их в область высоких энергий. На самом же деле при высоких энергиях появляется некоторая пока неизвестная «новая физика», которая исправляет ситуацию, делая теорию перенормируемой.
Иными словами, считается, что существует некоторая пока не открытая точная теория квантовой гравитации, которая описывает устройство пространства-времени на очень малых расстояниях (или при очень больших энергиях). А обычная квантовая гравитация, получающаяся квантованием ОТО, является только ее пределом при низких энергиях.
Нет поэтому ничего ужасного в том, что обычная теория гравитации становится заведомо неприменимой при энергиях, сопоставимых с так называемой массой Планка. Последняя неизмеримо (примерно в 1015 раз) больше максимальных энергий, получаемых в настоящее время на ускорителях частиц. При этих энергиях возможные эффекты гравитации должны хорошо описываться обычной «эффективной» квантовой гравитацией.
Однако если эта теория эффективна, она должна приводить к некоторым нелокальным эффектам. Причем из-за взаимодействия гравитации с полями материи они должны распространяться и на них, т.е. во взаимодействиях обычных полей Стандартной модели должна присутствовать некоторая малая нелокальность. Оценку величины этих нелокальных эффектов сделал в своей работе Ксавьер Калмет (Университет Сассекса) вместе с российскими коллегами Станиславом Алексеевым из Государственного астрономического института МГУ и Борисом Латошем (Объединенный институт ядерных исследований, Дубна).
В работе получены точные выражения, описывающие нелокальные эффекты при взаимодействии различных полей материи. Помимо этого, используя ограничения на нелокальность, полученные из данных Большого адронного коллайдера, ученые оценили максимальное количество не открытых пока полей. Хотя полученная оценка чрезвычайно слабая, она может оказаться существенной для проверки некоторых экзотических теорий — так называемой «ТэВной гравитации» (TeV-scale gravity), в которых эффекты квантовой гравитации могут проявляться при низких энергиях.
Результаты работы будут способствовать лучшему пониманию квантовой гравитации и связанных с ней нетривиальных эффектов и помогут при поисках «новой физики».
Исследование опубликовано в журнале Physics Letters B.
Ранее российские физики нарушили второй закон термодинамики в квантовом мире.
chrdk.ru
