Antarktidoje užfiksuota kažkas paslaptingo, kas gali pakirsti pasitikėjimą šiuolaikinės fizikos žiniomis

Nuo 2016 kovo fizikai suko galvas dėl dviejų įvykių Antarktidoje, kur iš Žemės pusės sklindančius kosminius spindulius užfiksavo ANITA — virš Pietinio žemyno balionu skriejantis dalelių detektorius.

ANITA pritaikyta iš kosmoso atskriejančių kosminių spindulių fiksavimui, tad kai instrumentu buvo aptiktos energingos dalelės, atskriejančios ne iš kosmoso, o iš Žemės pusės, didelės energijos neutrinus tyrinėjančioje mokslininkų bendruomenėje kilo didelis sujudimas.

Nuo tada fizikai pasiūlė daugybę „aukštyneigių“ kosminių spindulių paaiškinimų – nuo „sterilių neutrinų“ (šie neutrinai retai kada nors susiduria su medžiaga) iki „netipinio tamsiosios materijos pasiskirstymo Žemėje“, turint omenyje paslaptingą materijos formą, nesąveikaujačią su šviesa.

Visi šie paaiškinimai intrigavo ir rodė, kad ANITA galbūt aptiko Standartiniame modelyje neaprašytą dalelę.

Naujame, rugsėjo 26 dieną publikuotame Pensilvanijos valstijos universiteto astrofizikų komandos straipsnyje nurodoma, kad užfiksuota ir daugiau tokių energingų dalelių. Jie rašo, kad kitoje didelėje Antarktidos neutrinų observatorijoje „IceCube“ irgi buvo užfiksuotos panašios dalelės, nors niekas jų anksčiau nesusiejo su ANITA paslaptimi. „IceCube“ ir ANITA duomenis sujungusių Pensilvanijos tyrėjų skaičiavimais, kad ir kokios dalelės atskrieja iš Žemės pusės, tikimybė, kad jos priklauso Standartiniam Modeliui yra daug mažesnė, negu 1 iš 3,5 milijonų.

Eižėjanti fizika

Pagrindinis straipsnio autorius Derekas Foxas su Steinnu Sigurdssonu ir kolegomis ėmėsi ieškoti panašių įvykių kitų detektorių duomenyse. Aptikę panašius „IceCube“ eksperimente, suprato, kad galbūt aptiko kažką, kas šiuolaikinę fiziką keičia iš esmės.

Pastaruosius kelerius metus aukštų energijų dalelių fizika stagnavo. Kai Prancūzijos ir Šveicarijos pasienyje 2009 metais buvo pastatytas 27 kilometrų ilgio ir 10 milijardų dolerių kainavęs Didysis hadronų greitintuvas (angl. Large Hadron Collider – LHC), mokslininkai manė, kad jis atskleis supersimetrijos – teorijos, teigiančios, kad visos mums įprastos dalelės turi masyvesnius partnerius – paslaptis.

Tačiau 2012 metais LHC patvirtino Higgso bozono – paskutiniosios neaptiktos SM dalelės – egzistavimą. O tada daugiau neaptiko nieko svarbaus ar įdomaus. Tyrėjai suabejojo, ar kokiais nors fizikos eksperimentais supersimetrijos daleles išvis galima aptikti.

Dabar keli su Pensilvanijos mokslininkų straipsniu nesusiję tyrėjai sakė, kad jame pateikiami tvirti (nors ir negalutiniai) įrodymai, kad tai – išties kažkas naujo.

„Buvo aišku nuo pat pradžių, kad jeigu anomalius ANITA įvykius sukėlė dalelės, perėjusios tūkstančius kilometrų Žemės, tada labai tikėtina, kad tai nėra SM dalelės“, – sakė Kopenhagos universiteto Nielso Bohro instituto astrofizikas Mauricio Bustamante, neprisidėjęs prie naujojo straipsnio.

Jei šias anomalijas sukėlė Standartinio modelio dalelės, tai turėjo būti neutrinai. Tyrėjai tai žino iš dalelių skilimo produktų ir to, kad jokia kita SM dalelė neturėtų net menkiausio šanso perskrieti kiaurai Žemę.

Bet tokios energijos neutrinai neturėtų skrieti per Žemę taip dažnai, kad ANITA ar „IceCube“ juos aptiktų. Straipsnyje įtikinamai dėstoma, kad šie įvykiai rodo supersimetriją, nors būtina surinkti daugiau duomenų.

D.Foxas su kolegomis teigia, kad šios dalelės, labiausiai tikėtina, yra tam tikra teorinė supersimetrinė dalelė „stau sleptonas.“ Stau sleptonai yra supersimetrinės Standartino modelio dalelių – tau leptonų – versijos.

Autorių pateikta statistika užtikrintai rodo, kad jokia įprasta dalelė per Žemę tokiu būdu neperskrietų, tačiau būti visiškam užtikrintumui duomenų nepakanka. Ir jau tikrai nepakanka, kad būtų galima užtikrintai nustatyti, kokia dalelė atkeliavo.

D. Foxas teorinį tokio įvykio paaiškinimą aptiko prieš 14 metų publikuotame straipsnyje. O kadangi šie straipsniai buvo parašyti prieš aptinkant ANITA anomaliją, labai gali būti, kad šių teoretikų įžvalgos išties vertingos.

Visi portalo „Live Science“ kalbinti mokslininkai sutarė, kad norint patvirtinti, jog ANITA ir IceCube aptiko supersimetriją, tyrėjams reikėtų surinkti daugiau duomenų. D.Foxas sakė, kad gali būti, jog patyrinėję archyvus, „IceCube“ tyrėjai aptiks ir daugiau panašių, tik anksčiau dėmesio nesulaukusių įvykių. NASA turėtų atlikti daugiau ANITA skrydžių ir pažiūrėti, ar pasirodys daugiau panašių aukštyneigių dalelių.

„Kad būtume užtikrinti, jog šiuos įvykius sukėlė ne kokie nors nežinomi kintamieji — tarkime, lig šiol nežinomos Antarktidos ledo savybės — norėtume, kad tokie įvykiai būtų užfiksuoti ir kitais instrumentais“, sako D.Foxas.

Kai kurie tyrėjai sakė, kad jei šie rezultatai pasitvirtins ir bus išsiaiškinta, kokios dalelės juos sukelia, ANITA anomalija gali atverti dar daugiau naujos fizikos LHC – nes tai nurodytų, kuria kryptimi galima būtų ieškoti tos naujos fizikos. Supersimetrines daleles – sleptonus – LHC sukurti ir aptikti itin sunku, tad itin knieti sužinoti ar jos gali būti stebimos ir kitokio tipo eksperimentais. Žinoma, jei tai tiesa, tada tikėtina LHC užfiksuoti daug kitų dalelių, kurios būtų dar vienas naujos fizikos patikrinimas.

Kitaip tariant, ANITA anomalijos gali suteikti kitiems mokslininkams svarbios informacijos, būtinos LHC suderinimui supersimetrijai. Tie eksperimentai gal netgi paaiškintų tamsiąją materiją.

Tereikia sulaukti daugiau duomenų.