Тайная «жизнь» обнаружена у самых загадочных частиц Вселенной
Нейтрино — одни из самых удивительных и загадочных частиц, известных современной физике. Они практически не взаимодействуют с веществом, что делает их невероятно трудными для обнаружения. Каждый миг триллионы нейтрино пронизывают наши тела, Землю и даже куда более плотные объекты Вселенной (например, звезды), не оставляя следа. Впрочем, последнее все чаще вызывает сомнение у ученых — так ли бесследно взаимодействие обычной материи с нейтрино?
«Секретные взаимодействия»
Ученые из США изучили, как нейтрино могут вести себя в экстремальных условиях звездного коллапса — ситуации, когда звезда резко «схлопывается», превращаясь в черную дыру или нейтронную звезду. Исследователи предположили, что в момент гибели массивной звезды нейтрино могут сталкиваться друг с другом, словно частицы в гигантском космическом ускорителе. Возможно, именно это может объяснить существование неких «секретных» (необъяснимых современной наукой) взаимодействий, выходящих за пределы Стандартной модели физики.
Роль нейтрино
Когда массивная звезда, масса которой значительно превышает массу Солнца, исчерпывает свои запасы термоядерного топлива, она сбрасывает внешнюю газовую оболочку, а ее ядро начинает стремительно сжиматься. Этот процесс сопровождается выделением огромного количества нейтрино, которые уносят из ядра тепло. По мере сжатия плотность ядра возрастает до невероятных значений, а электроны разгоняются до околосветовых скоростей.
На этом этапе именно нейтрино начинают играть решающую роль. Обычно эти частицы свободно пролетают сквозь вещество, но в условиях звездного коллапса, когда плотность становится невероятно высокой, даже нейтрино начинают сталкиваться друг с другом. Причем, мы до сих пор точно не знаем, как происходят эти столкновения.
Новые свойства нейтрино
Согласно Стандартной модели физики, нейтрино взаимодействуют с другими частицами исключительно слабо, через так называемые слабые взаимодействия. Однако если нейтрино обладают дополнительными, пока не обнаруженными свойствами, это может кардинально изменить наше понимание физики. Например, существует предположение, что нейтрино способны менять свой «вкус» (особые фундаментальные свойства частицы) в результате «секретных» взаимодействий. В таком случае их поведение в ядре коллапсирующей звезды будет совершенно иным, чем известно нам.
В стандартном сценарии звезда после коллапса превращается в нейтронную звезду — чрезвычайно плотный объект, состоящий почти полностью из нейтронов. Однако если между нейтрино существуют дополнительные взаимодействия, то ядро звезды становится горячее, а распределение типов нейтрино — более равномерным. В этом случае звезда может завершить свою жизнь не как нейтронная звезда, а как черная дыра. И такие случаи нам известны, правда, пока наука так и не смогла их однозначно объяснить.
Проверка гипотезы
Пока все высказанное выше — лишь теоретическое предположение, которое, хоть и хорошо согласуется с расчетами и наблюдениями, не является доказательством. Для проверки гипотезы о «секретных» взаимодействиях нейтрино необходимы новые эксперименты и наблюдения. Одним из самых перспективных проектов в этой области является Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE), который строится в США. Этот новый детектор позволит ученым изучать поведение нейтрино с беспрецедентной точностью.
Кроме того, важную роль сыграют и наблюдения за гравитационными волнами и нейтрино, исходящими от коллапсирующих звезд. Гравитационные волны, впервые зафиксированные в 2015 году, являются прямым следствием катастрофических космических событий, например, слияния черных дыр или нейтронных звезд. Если удастся одновременно зафиксировать нейтрино и гравитационные волны от одной и той же звезды, это станет первым доказательством теории о «секретных» взаимодействиях.
