Новая аномалия нарушила Стандартную модель физики

Физики Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми (США) обнаружили аномалию, которая не укладывается в рамки классической Стандартной модели, описывающей физику элементарных частиц.

Результаты эксперимента указывают на существование гипотетической частицы, называемой стерильным нейтрино. Об этом сообщает издание Science Alert. Препринт статьи опубликован в репозитории arXiv.org.

Нейтрино чрезвычайно слабо реагирует с веществом, не имеет заряда и участвует только в слабом ядерном и гравитационном взаимодействии. Согласно Стандартной модели, существует три разновидности (аромата) нейтрино - электронное нейтрино, мюонное нейтрино и тау-нейтрино. Однако физики предполагают, что, вероятно, есть и четвертый тип нейтрино, называемый стерильным.

Оно не участвует в слабом воздействии и является кандидатом на роль частицы темной материи. В силу своих физических особенностей стерильный нейтрино не может быть непосредственно обнаружен с помощью сверхчувствительных электронных фотоумножителей, используемых в нейтринных обсерваториях.

Однако, как предсказывает нейтринная минимальная стандартная модель (расширение Стандартной модели), стерильные нейтрино, смешиваясь с обычными нейтрино, могут влиять на нейтринные осцилляции — процесс изменения ароматов частиц, — в результате чего наблюдается избыток частиц определенного типа.

Первые свидетельства в пользу существования стерильного нейтрино были получены в ходе эксперимента LSND (англ. Liquid Scintillator Neutrino Detector) в 90-х годах, когда физики зарегистрировали избыток электронных нейтрино и антинейтрино.

Однако данных не хватило для твердой уверенности в открытии, а ряд других экспериментов не смогли воспроизвести результат. В ходе нового эксперимента MiniBooNE ученые выпускали пучки мюонного нейтрино в резервуар, заполненный смесью углеводородов.

Электронные нейтрино регистрировали при наблюдении за вспышками света, возникающими при взаимодействии частиц с античастицами. Всего было зафиксировано 2437 таких событий, что примерно на 460 больше, чем ожидалось. Само по себе это отличие превышает стандартное отклонение на 3σ (три сигмы), что указывает на крайне низкую вероятность ошибки и позволяет допустить наличие новой частицы.

Однако, если объединить результат со статистикой, полученной LSND, то стандартное отклонение составит 6,1σ, что позволяет более уверенно говорить о существовании аномалии.

Стандартная модель не может объяснить ряд физических явлений (например, происхождение массы, нейтринные осцилляции и происхождение темной массы), которые описываются теоретическими разработками, относящимися к Новой физике.

Некоторые новые теории в настоящий момент проверяются экспериментально.