Tajemnicze sygnały wstrząsną współczesną fizyką?

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Przed dwoma laty nad Antarktyką zarejestrowano zjawisko, którego fizycy wciąż nie potrafią jednoznacznie wyjaśnić. Niewykluczone, że nie pasuje ono do Modelu Standardowego.

W marcu 2016 roku należący do NASA Antarctic Impulsive Transient Antenna (ANITA), dryfujący nad Antarktyką balon z anteną wykrywającą promieniowanie kosmiczne, zarejestrował dwa impulsy promieniowania kosmicznego, które... pochodziły z Ziemi. Od tamtej pory zaproponowano szereg wyjaśnień tego zjawiska. Mówiono o sterylnych neutrino i o nietypowym rozkładzie ciemnej materii we wnętrzu Ziemi.

Astrofizycy z Penn State University opublikowali artykuł, w którym informują, że to, co zarejestrowała ANITA nie jest jedynym zjawiskiem tego typu. Okazało się, że trzykrotnie podobne impulsy wykryło IceCube, umieszczone w lodzie Antarktyki obserwatorium neutrin. Z artykułu autorstwa Dereka Foxa, Steinna Sigurdsonna i innych dowiadujemy się też, że szansa, iż zaobserwowane zjawisko jest zgodne z Modelem Standardowym wynosi 1/3.500.000.

Fox, Sigurdsson i ich koledzy sprawdzili dane z innych detektorów, poszukując w nich sygnałów podobnych do tych, jakie zarejestrowała ANITA. Gdy okazało się, że promieniowanie kosmiczne pochodzące z Ziemi zostało trzykrotnie zarejestrowane przez IceCube, naukowcy zdali sobie sprawę, że wpadli na trop czegoś, co może zmienić współczesną fizykę. To skłoniło mnie do poważnego przyjrzenia się danym z ANITA. Właśnie po to jest się fizykiem. By łamać modele, ustalać nowe stałe, dowiadywać się o świecie czegoś, czego nie wiemy, mówi Fox.

Nawet jeśli Model Standardowy świetnie wyjaśnia nam szereg zjawisk, to ma on wiele luk. Na przykład nie pasuje do niego istnienie ciemniej materii, masa neutrino czy asymetria materii i antymaterii we wszechświecie, mówi Seyda Ipek, fizyk cząstek z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine.

Nadzieją na jakiś przełom w fizyce był Wielki Zderzacz Hadronów. Urządzenie wykryło bozon Higgsa, brakujący element Modelu Standardowego, i na tym się skończyło. Tymczasem fizycy na całym świecie szukają nowych idei, które pozwoliłyby lepiej zrozumieć wszechświat.

Teraz część naukowców twierdzi, że artykuł fizyków z Penn State dostarcza solidnych podstaw dających nadzieję, że w końcu w fizyce wydarzy się coś nowego. Od samego początku było jasne, że jeśli wydarzenia zarejestrowane przez ANITA są spowodowane cząstkami, które przebyły tysiące kilometrów przez naszą planetę, to cząstki te z bardzo dużym prawdopodobieństwem nie należą do Modelu Standardowego, stwierdza Mauricio Bustamante, astrofizyk z Uniwersytetu w Kopenhadze. Opublikowany artykuł to pierwsze solidne wyliczenie prawdopodobieństwa, które pokazuje, jak mało możliwe jest, że mamy tu do czynienia z czymś, co zgadza się z Modelem Standardowym, dodaje. Podobnego zdania jest Bill Louis, fizyk neutrino z Los Alamos National Laboratory.

Jeśli wspomniane sygnały pochodziłyby od cząstek z Modelu Standardowego, to cząstkami tymi byłyby neutrino. Żadne inna cząstka nie przedostałaby się przez cały przekrój naszej planety. Jednak, jak mówi Louis, neutrino zdolne do przelecenia przez przekrój Ziemi mają tak małą energię, że nie powinny zostać wykryte przez ANITA i IceCube. Te o większych energiach, które mogłyby zostać zarejestrowane, zostałyby wcześniej przechwycone przez Ziemię. Zdaniem Louisa artykuł z Penn State wskazuje, że to, co wywołało zarejestrowane sygnały jest zgodne z teorią o supersymetrii.

Zdaniem autorów artykułu, najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem pojawienia się zarejestrowanych sygnałów jest istnienie sleptonów stau. Wedle teorii o supersymetrii są one supersymetrycznymi partnerami leptonów tau Modelu Standardowego.
Louis dodaje, że na obecnym etapie badań tak dokładne wskazanie na konkretne cząstki jest nieco naciągane. Autorzy z Penn State dokonali solidnych obliczeń wskazujących, że najprawdopodobniej żadna znana cząstka nie mogła przebyć Ziemi w taki sposób, jak te zarejestrowane. Jednak wciąż nie ma całkowitej pewności. Na pewno zaś mamy za mało danych, by wskazywać na konkretną cząstkę.

Fox zgadza się z tym, co mówi Louis. Jako obserwator nie mam możliwości definitywnego stwierdzenia,  że to stau. Analizowałem dane, próbując dowiedzieć się czegoś nowego o wszechświecie i trafiłem na dziwaczne zjawisko. Potem wraz z kolegami przejrzeliśmy literaturę fachową, by sprawdzić, czy ktoś już tego nie wyjaśnił. Znaleźliśmy artykuły, w tym jeden sprzed 14 lat, których autorzy przewidywali coś podobnego, dodaje.

Okazuje się, że niektórzy fizycy teoretycy przewidywali, iż sleptony stau mogą dawać takie właśnie sygnały w detektorach neutrin. Jako, że prace te były pisane na długo zanim ANITA zarejestrowała sygnały, nie można wykluczyć, iż fizycy ci byli na dobrym tropie.

Fox nie wyklucza, że jeśli naukowcy pracujący przy IceCube sięgną głębiej do swoich archiwów, to znajdą tam kolejne sygnały, których wcześniej nie zauważono. Louis i Bustamante uważają, że NASA powinna przeprowadzić więcej badań za pomocą ANITA i spróbować zarejestrować kolejne sygnały tego typu. Musimy być pewni, że zjawiska te nie są związane z jakimiś nieznanymi nam czynnikami, na przykład z nierozpoznanymi właściwościami lodu Antarktyki. Potrzebujemy kolejnych instrumentów, które wykryłyby podobne sygnały, mówi Bustamante.

Jeśli dokonane dotychczas obserwacje się potwierdzą, może okazać się, że ANITA może mieć większy wkład w naukę niż Wielki Zderzacz Hadronów (LHC). Każdy przypadek zaobserwowania cząstek nienależących do Modelu Standardowego będzie przełomem, gdyż pokaże nam, gdzie mamy poszukiwać fizyki spoza Modelu Standardowego. W LHC bardzo trudno byłoby uzyskać i wykryć cząstki supersymetryczne, stwierdza Ipek. Naukowcy dodają, że dzięki danym z ANITA można będzie ewentualnie tak dostroić LHC by Zderzacz zaczął badań supersymetryczne cząstki.

« powrót do artykułu

[ex nihilo 223]

11 hours ago, KopalniaWiedzy.pl said:

Jeśli wspomniane sygnały pochodziłyby od cząstek z Modelu Standardowego, to cząstkami tymi byłyby neutrino. Żadne inna cząstka nie przedostałaby się przez cały przekrój naszej planety. Jednak, jak mówi Louis, neutrino o energii pozwalającej na przemierzenie planety są tak rzadkie, że nie powinny zostać wykryte przez ANITA i IceCube

To nie całkiem tak...
Ale najpierw "przekrój czynny oddziaływania" (scattering cross section):
https://pl.wikipedia.org/wiki/Przekrój_czynny
Coby najprościej było (dla naszego przypadku): im mniejsza energia cząstki, tym mniejszy jej przekrój czynny, czyli mniejsze prawdopodobieństwo oddziaływania.

No i teraz: "neutrino o energii pozwalającej na przemierzenie planety są tak rzadkie" - przeciwnie: jakieś 99,9999% słonecznych neutrin bez problemu przelatuje przez całą Ziemię. Te neutrina mają zbyt małą energię (= przekrój czynny), żeby zostały przechwycone w drodze przez Ziemię (z wyjątkiem minimalnej ilości), a tym bardziej nie mogłyby one być zarejestrowane przez detektor ANITA . Ten detektor mógłby zarejestrować wyłącznie superenergetyczne neutrina (duży przekrój czynny), ale takie wcześniej byłyby przechwycone przez Ziemię, zresztą praktycznie na jej powierzchni (tej od strony Słońca, czyli przeciwnej do detektorów).

I na tym właśnie cała zabawa polega - ANITA zarejestrował wylatujące z Ziemi coś, czego by nie miał prawa zarejestrować, gdyby tym czymś były neutrina.

Edytowane 5 października 2018 przez ex nihilo

[Przemek Kobel 65]

16 hours ago, KopalniaWiedzy.pl said:

szansa, iż zaobserwowane zjawisko jest zgodne z Modelem Standardowym wynosi 1/3.500.000

Czyli, jeśli zanotowanoby 7 milionów takich zdarzeń idących od strony nieba i dwa od strony Ziemi, to wszystko byłoby OK? Wiadomo jak to faktycznie wygląda w pomiarach?

Edytowane 5 października 2018 przez Przemek Kobel

[tempik 83]

4 godziny temu, ex nihilo napisał:

I na tym właśnie cała zabawa polega - ANITA zarejestrował wylatujące z Ziemi coś, czego by nie miał prawa zarejestrować, gdyby tym czymś były neutrina.

Ciekawe czy zarejestrowali ten sam sygnał co IceCube, jakoś niejasno jest to opisane. Obserwacji trochę mało żeby wykluczyć błąd. Do tego obserwacja pośrednia impulsu elektromagnetycznego wiązki cząstek po zderzeniu, może takie impulsy nie mają tylko jednej przyczyny? Ale ja tam nic nie wiem, pewnie charakterystyka tych impulsów jest dokładnie obliczona i bardzo egzotyczna w porównaniu z szumami które generuje skorupa ziemska i wszystko co na niej się znajduje.

 

[ex nihilo 223]

Tu jest oryginał:
https://arxiv.org/pdf/1809.09615.pdf

[thikim 119]

No tak
Ale

pamiętam doniesienia o neutrinach szybszych od światła

O tym odkryciu już od miesięcy gdzieś tam się mówi ale nikt na razie głowy nie da że to jest niezgodne z Modelem Standardowym.
(za neutrina szybsze od światła głowy poleciały).

Detekcja jakiś cząstek od strony Ziemi nie przekonuje mnie specjalnie ponieważ jest wiele procesów w czasie których emisja może powstać - oczywiście są charakterystyki wiele przypadków wykluczające ale czy wszystkie.
A co przede wszystkim to dobrze byłoby te cząstki zaobserwować nie tylko nad Antarktyką.

Bez powtarzalności, bez potwierdzenia - to nie jest element układanki tylko poszlaka gdzie mamy szukać.

Cytat

Zdaniem autorów artykułu, najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem pojawienia się zarejestrowanych sygnałów jest istnienie sleptonów stau

No to już nawet wiemy gdzie szukać i czego.

Tylko nie wiemy czy to istnieje. Ja nadal obstawiam że to raczej pomyłka.

A obstawiam tak tylko na podstawie jednej rzeczy: Model Standardowy daje nam fenomenalną dokładność wyliczania niektórych parametrów do kilkunastu miejsc po przecinku.

Gdyby był w nim jakiś brak to wydaje mi się że odcisnąłby się na wielu parametrach w mocno zauważalny sposób.

Co nie znaczy że Model Standardowy to wszystko.

Edytowane 5 października 2018 przez thikim