Анализ данных с нейтринного детектора ANITA заставил ученых говорить об отклонении от Стандартной модели

Эксперимент Antarctic Impulsive Transient Antenna (ANITA) стартовал летом 2006 года. Его цель — изучение нейтрино высоких энергий, испускаемых далекими космическими объектами, путем обнаружения радиоимпульсов, которые появляются при взаимодействии частиц со льдом. Именно поэтому детектор ANITA установлен на антарктической станции Мак-Мердо. Проект полностью финансирует NASA.

За почти 13 лет работы установки были зарегистрированы два события, которые не вписываются в предсказания Стандартной модели, что заставило астрофизиков, анализировавших данные, заговорить о намеке на новые частицы. Статья с подробным описанием выводов опубликована в репозиториях препринтов arXiv и представлена на публикацию в журнале Physical Review D.

Стандартная модель в современной физике — теория, описывающая взаимодействия всех известных элементарных частиц. Однако физики понимают, что модель неполная и уже не описывает некоторые явления. Поиск новых подобных явлений — отклонений от Стандартной модели — одна из основных задач экспериментальной физики высоких энергий.

Как уже упоминалось выше, ANITA ищет радиоимпульсы, появляющиеся от столкновения нейтрино со льдом, благодаря эффекту Аскарьяна. Эффектом Аскарьяна называют когерентное радиоволновое черенковское излучение, которое возникает при прохождении частиц на околосветовых скоростях через вещество, в данном случае лед. За все время работы детектора ANITA не зарегистрировала ни одного такого радиоимпульса. Однако установка обнаружила другие сигналы, которые вызвали иные типы частиц из космоса. Когда космические лучи от далеких объектов, почти целиком состоящие из протонов, попадают в атмосферу Земли, это вызывает лавинообразный поток высокоэнергетичных заряженных частиц, который называется космическим атмосферным ливнем. Магнитное поле Земли изменяет траекторию движения этого потока, из-за чего образуются радиоволны. ANITA фиксирует их уже после того, как они отразятся ото льда, однако иногда детектор «ловит» радиоволны напрямую, если они проходят в направлении горизонта.

Эти два типа сигналов различают по тому, как поляризована радиоволна, что определяет направление, от которого они идут. Однако дважды — в 2006-м и 2014-м — детектор зафиксировал необычные радиоволны с неизмененной поляризацией, которые пришли из-под поверхности Земли, а не от горизонта. Это значит, что нейтрино прошли через планету, что, впрочем, не является отклонением от Стандартной модели. Странно другое: данные ANITA показали, что зафиксированные частицы должны были иметь высокую энергию. А при высокой энергии повышаются шансы того, что частица будет взаимодействовать с веществом, через которое пролетает. Поэтому исследователи утверждают, что у «нейтрино» с такими энергиями не было шансов пройти через планету. А значит, есть повод говорить об отклонениях от Стандартной модели. Ученые не настаивают на том, что обнаружили новый вид частиц. Однако объяснение этих явлений в рамках Стандартной модели невозможно.

В прошлом году отклонение было обнаружено коллаборацией ЦЕРН. Оно заключалось в нарушении лептонной универсальности распада нейтрального B-мезона на лептонную пару и возбужденный каон.