Чудовищная частица антивещества врезалась в Антарктиду

Самый удаленный детектор частиц на Земле обнаружил самую энергичную частицу антивещества: единственная сверхлегкая частица, которая ударилась о лед Антарктики с (относительно) энергией 6300 летающих комаров.

Столкновение произошло в 2016 году, но подробности события 10 марта исследователи подтвердили лишь в статье, опубликованной в журнале Nature. Этот антинейтрино, аналог тонких, трудно обнаруживаемых частиц, известных как нейтрино, из антивещества столкнулся с электроном где-то во льдах Антарктиды почти со скоростью света.

Это столкновение вызвало поток частиц, обнаруженных захороненной нейтринной обсерваторией IceCube - объектом, ответственным за большую часть важных исследований нейтрино высоких энергий за последнее десятилетие. Теперь физики IceCube сообщают, что этот поток частиц включал в себя свидетельство давно теоретизированного, но никогда ранее не наблюдавшегося события, известного как "резонанс Глэшоу.

Еще в 1960 году физик Стивен Глэшоу, в то время аспирант в Северном институте теоретической физики в Дании, предсказал, что при столкновении достаточно высокоэнергетического антинейтрино с электроном образуется тяжелая короткоживущая частица, известная как W-бозон. Предсказание Глэшоу основывалось на фундаментальных правилах Стандартной модели физики элементарных частиц, теории, которая определяет, как исследователи понимают все, от внутренностей атомов до света и антивещества.

Обнаружение резонанса Глэшоу - убедительное подтверждение Стандартной модели. Но для этого требуется, чтобы нейтрино несло гораздо больше энергии, чем любой ускоритель элементарных частиц с 1960 или 2021 года может произвести: 6,3 петаэлектронвольта (ПэВ).

Обычно трудно представить себе числа, связанные с частицами высоких энергий. Отдельное нейтрино имеет массу около 2 миллиардов миллиардов миллиардов миллиардных долей грамма, и тысячи нейтрино низкой энергии от Солнца проходят через ваше тело каждую секунду без заметных эффектов. Нейтрино с энергией 6,3 петаэлектронвольт (ПэВ) - совсем другое дело. Согласно CERN , европейской лаборатории физики, тераэлектронвольт (ТэВ) эквивалентен энергии одиночного комара, летящего со скоростью 1,6 км / ч. А 6,3 ПэВ составляет 6300 ТэВ. Итак, превратите этого одиночного комара в рой из 6300 (или разгоните его до скорости 8,2 Маха, что более чем в четыре раза превышает максимальную скорость F-16), и вы получите энергию одной бесконечно малой частицы, необходимую для резонанса Глэшоу.

Другой способ представить себе 6,3 ПэВ: это в 450 раз больше максимальной энергии, которую Большой адронный коллайдер - многомиллиардный ускоритель ЦЕРНа длиной 27 километров, ответственный за обнаружение бозона Хиггса - должен быть в состоянии произвести за счет конец 2020-х годов после продолжающихся обновлений.

Учитывая огромную потребность в энергии, никто не надеялся обнаружить резонанс Глэшоу, используя только человеческие инструменты. Но IceCube, который обнаруживает частицы, падающие с неба, получает помощь от огромной Вселенной. Частица, которая врезалась в лед в 2016 году, произвела характерный поток частиц, который, как теперь говорят исследователи, произошел от распадающегося W-бозона, который является фундаментальной частицей, которая вместе с Z-бозоном, как считается, ответственна за слабое взаимодействие. И это верный признак антинейтрино с энергией 6,3 ПэВ и резонанса Глэшоу.

Исследователи до сих пор не уверены, какой космический ускоритель произвел чудовищное пятнышко антивещества, но говорят, что больше событий должно помочь им уточнить свои модели любых естественных космических канонов, производящих такие экстремальные частицы и запускающих их на Землю.