Тончайшее взаимодействие, порождаемое субатомарными частицами, оказалось способным устранить одно из тревожных расхождений в фундаментальной физике. Как сообщает наш портал, речь идёт о так называемой «нейтринной силе» — явлении, теоретически возникающем, когда нейтрино, объединяясь в пары, опосредуют влияние между другими частицами. Этот эффект, долгое время считавшийся пренебрежимо малым, продемонстрировал неожиданную значимость в контексте прецизионных измерений.
Примечательно, что аналогичная сила может излучаться не только нейтрино, но и другими частицами, такими как электроны. Данное обстоятельство выглядит контринтуитивно, поскольку эти частицы в рамках Стандартной модели физики элементарных частиц традиционно не рассматриваются в качестве переносчиков взаимодействий. Тем не менее, физики констатируют, что следы подобных эффектов уже наблюдаются в экспериментальных данных.
От теоретического пренебрежения к практической значимости
Долгое время нейтринной силой и её аналогами пренебрегали, считая их влияние несущественным. Однако, как отмечает физик Джон Бер из Канадского центра ускорителей частиц TRIUMF, реальность оказалась иной: «Это больший эффект, чем кто-либо мог предположить». Включение расчётов этих сил в теоретические предсказания позволило разрешить тонкое, но упорное несоответствие с результатами экспериментов.
Как следует из статьи, размещённой на сервере препринтов arXiv.org, учёт данных взаимодействий привёл к полному исчезновению напряжённости между теорией и практикой. «Напряжение полностью исчезло», — заявил соавтор исследования, физик-теоретик Виктор Фламбаум из Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее. Это открытие подчёркивает важность учёта даже предельно слабых эффектов в современных высокоточных испытаниях.
Сложность изучения нейтрино, являющихся одними из самых неуловимых известных частиц, требует создания масштабных детекторных комплексов. Прототип одного из них, ProtoDUNE, служит предтечей гораздо более крупного будущего детектора DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment). Именно в таких экспериментах, а также в исследованиях с атомами цезия, тонкое влияние нейтринной силы может проявляться, требуя скрупулёзного анализа.
астиц ТРИУМФ, который не участвовал в работе. «Если вы примете это во внимание, вы получите лучшее согласие. Я думаю, все согласятся, что это интересно».
Согласно представленным моделям, силы передаются классом частиц, называемых бозонами. Например, частицы света или фотоны — это бозоны, излучающие электромагнитные силы. Другой класс частиц, называемых фермионами, состоит из материи — например, электронов.
Нейтрино являются фермионами, поэтому от них нельзя ожидать передачи сил. Но два фермиона могут думать и действовать как бозон. В 1960-х годах учёные осознали, что это предполагает возможность существования нейтринной силы.
Нейтрино — одна из самых эфирных частиц в природе. Они редко взаимодействуют с другими материями. Они не отключили зарядное устройство и имеют небольшую массу. Обнаружение даже одного нейтрино представляет собой тяжёлую часть, уже не говоря о редкой силе, образующей из них пары. «В конце финала эта сила настолько мала, что до сих пор мы никогда не могли ее увидеть», — говорит физик-теоретик Юваль Гроссман из Корнельского университета.
Но, возможно, нейтринная сила может оказать непризнанное влияние на некоторые высокоточные эксперименты, вызванные Гроссманом и его коллегами в декабре 2025 года в Physical Review Letters .
Команда предположила, что нейтринная сила может влиять на нарушение четности в атомах. Это явление, при котором системы, отражающие зеркальные отражения друг друга, ведут себя по-разному. Это как если бы часы, созданные для движения по часовой стрелке, вели бы себя иначе, чем часы, созданные для движения против часовой стрелки. Известно, что нарушение четности происходит из-за слабого взаимодействия, одного из четырех фундаментальных сил природы. Именно так взаимодействуют нейтрино, поэтому имело смысл предположить, что нейтринная сила может иметь значение.
Примечательно, что результаты экспериментов по нарушению четности в атомах цезии немного отличались от предсказаний моделей. Физики постоянно ищут такие незначительные отклонения. Считается, что стандартная модель где-то должна дать сбой из-за постоянных загадок, таких как природа темной материи, невидимой субстанции, которая, очевидно, пронизывает космос. В случае четырех нарушений цезия разница была настолько мала, что объяснялась случайностью. Но, в случае последующих ставок, даже намек на несоответствие может привлечь внимание.
Гроссман и его коллеги отметили, что нейтринная сила может объяснить несоответствие, но они не полностью рассчитали влияние этой силы на эксперименты с цезием. Фламбаум и его коллеги в новой статье конкретизировали выводы и заявили, что включая пренебрегаемые силы устранило несоответствие. Но оказалось, что нейтрино были лишь частью истории. Доставленные, переносимые пары энергии кварков, электронов и других частиц были ответственны за большую часть двигателя.
Обретенная гармония — хорошая новость для физики. «Очень хорошо, что теории становятся все лучше и лучше, и это важно», — говорит физик Дмитрий Будкер из Майнцского университета имени Иоганна Гутенберга в Германии. «История продолжается, и за ней интересно наблюдать».