Нейтринный телескоп IceCube исключил наличие «новой физики» в квантовых свойствах гравитации
Физики заявляют, что нейтринный телескоп IceCube не обнаружил никаких аномалий в процессе превращения трёх разных типов нейтрино друг в друга, которые могли бы указывать на существование «новой физики» в работе силы гравитации на квантовом уровне. Результаты этих наблюдений опубликованы в статье в журнале Nature Physics.
«Мы не обнаружили в данных с IceCube никаких значимых аномалий в нейтринных осцилляциях [превращениях одних типов этих частиц в другие их вариации], которые потенциально указывали бы на наличие неизвестных теоретикам особенностей в работе силы гравитации на квантовом уровне. Кроме того, мы также не обнаружили следов существования различных дефектов в структуре пространства-времени», — отметили исследователи.
Нейтрино представляют собой самые лёгкие и многочисленные элементарные частицы, которые взаимодействуют с окружающей материей только посредством гравитации и так называемых слабых взаимодействий. В середине прошлого века физики выяснили, что существует три «сорта» подобных частиц — тау, электронные и мюонные нейтрино и антинейтрино.
Чуть позже учёные обнаружили, что нейтрино разных видов умеют периодически превращаться друг в друга. Сам факт существования этого процесса, так называемых нейтринных осцилляций, указывает на то, что эти частицы обладают ненулевой массой, что не укладывается в стандартную модель физики частиц. Для определения этой массы сейчас строятся новые крупные детекторы нейтрино, такие как японская установка Hyper-Kamiokande и американский проект DUNE.
Пока эти детекторы не построены, что вынуждает учёных искать другие подходы для поисков «новой физики» в поведении и превращениях нейтрино. К примеру, группа физиков под руководством профессора Технологического института Джорджии в Атланте (США) Игнацио Табоады использовала осцилляции нейтрино для поиска аномалий в особенностях работы силы гравитации на квантовом уровне.
Как отмечают физики, в прошлом учёные считали, что проявления квантовой гравитации невозможно достоверно увидеть и изучить, если не перевести материю в состояние, в котором она находилась сразу после Большого взрыва. Научный коллектив нейтринного телескопа IceCube открыл теоретические свидетельства того, что это правило может нарушаться в случае с осцилляциями нейтрино высоких энергий, которые путешествуют к Земле от внегалактических источников на протяжении многих миллиардов лет.
Руководствуясь этими идеями, учёные изучили весь набор данных, которые IceCube собрал за первые восемь лет его работы — с 2010 по 2018 год, и определили частоту превращений разных вариаций нейтрино в другие типы этих частиц. После этого они сопоставили эти данные с результатами расчёта нейтринных осцилляций при помощи стандартной модели и семи разных вариантов «новой физики», которые допускают разные аномалии в работе силы гравитации на квантовом уровне.
Оказалось, что ни один из альтернативных вариантов не совпадал с данными реальных измерений, что исключает возможность существования предлагаемых ими аномалий в квантовой гравитации в очень широком диапазоне параметров. Это значительно сужает поле для дальнейших поисков «новой физики» в свойствах нейтрино, подытожили профессор Табоада и его коллеги.
