Революція у фізиці? Японські вчені відкрили унікальну «частинку Богині Сонця»

Високоенергетична частинка Богині Сонця — що з’ясували вчені?

Відкрита вченими частинка має енергію, що в мільйон разів перевищує ту, яку можуть генерувати навіть найпотужніші прискорювачі частинок людства.

Схоже, що вона впала на Землю в потоці інших, менш енергійних частинок. Як і згадана вище частинка «о боже», ці частинки приходять із далеких областей космосу і відомі як космічні промені.

Учені назвали частинку «Аматерасу» на честь Аматерасу Ōмікамі, богині Сонця і Всесвіту в японській міфології, ім'я якої означає «сяюча в небесах».

Таким чином, частку і стали в побуті називати «часткою Богині Сонця».

Результати дослідження опубліковано в журналі Science.

Подібно до богині, на честь якої її назвали, частинка оповита таємницею.

Її першовідкривачі, включно з дослідником з Університету Осака Тосіхіро Фудзії, не знають, звідки взялася ця частинка і що вона собою являє.

Вони також досі не знають, який бурхливий і потужний процес міг призвести до появи такої енергійної частинки, як Аматерасу.

«Це найпотужніше заряджена частинка з коли-небудь виявлених», — констатував Фудзії.

Однак, за його словами, подібно до того, як Аматерасу, згідно із синтоїстською традицією, приписується створення Японії, частка Богині Сонця допоможе призвести до виникнення абсолютно нової гілки астрофізики високих енергій.

Звідки взялася настільки потужна космічна частинка

Високоенергетичні космічні промені і так украй рідкісні, але частка Аматерасу, за словами Фудзії, має такий рівень енергії, який не спостерігали за всі 30 років спостережень космічних променів.

Тому, коли частинку було зафіксовано, учені спочатку подумали, що йдеться про якусь помилку.

Дані було отримано за допомогою експерименту Telescope Array, що об'єднує в собі 507 детекторів, розташованих на площі близько 700 кв км високогірної пустелі округу Міллард, штат Юта.

Масив телескопів має унікальне положення для виявлення космічних променів надвисоких енергій. Він розташований на висоті близько 1200 м, яка дає змогу вторинним частинкам максимально розвинутися, але ще не почати розпадатися. Його розташування в Західній пустелі штату Юта забезпечує ідеальні атмосферні умови з двох причин: сухе повітря має вирішальне значення, оскільки вологість поглинає ультрафіолетове випромінювання, необхідне для виявлення; темне небо в цьому регіоні має велике значення, оскільки світлове забруднення створює занадто багато шуму та затуляє космічні промені.

«Я вважав, що це моя помилка або баг, але потім, перевіривши деталі події, я з радістю виявив, що це не помилка», — розповідає Фудзії.

Частинка Аматерасу має енергію 224 ексаелектрон-вольт (ЕеВ). Для порівняння, один ЕЕВ дорівнює 10¹⁸ електрон-вольт. Це ставить Аматерасу на один енергетичний рівень із найенергійнішим із коли-небудь виявлених космічних променів. Це саме та сама частинка «о боже», виявлена 1991 року камерою Fly’s Eye на полігоні Даґвей (штат Юта). Енергія останньої становила 320 еВ.

Цікаво й те, що частинка Богині Сонця прибула на Землю з напрямку, в якому немає якихось особливих астрофізичних об'єктів або помітних подій.

«Якщо простежити траєкторію частинки в пошуках передбачуваного джерела, то не знайдеться нічого достатньо високоенергетичного, щоб його продукувати», — пояснює професор Джон Метьюс із Університету штату Юта і співавтор дослідження.

Тому вченим невідомо, що призвело до її появи.

Фудзії вже накидав кілька напрямів для можливих подальших досліджень. Але він припускає, що для того, щоб пояснити цю неймовірну частинку, доведеться вийти за межі Стандартної моделі фізики частинок.

За його словами, настільки потужну частинку могло породити якесь «наденергетичне» явище, наприклад, колосальний гамма-спалах або викид енергії з надмасивної чорної діри в центрі активного галактичного ядра.

Але вчений також припускає і фантастичніший сценарій. Наприклад, розпад надважкої темної матерії, що складається з частинок, які поки що невідомі сучасній фізиці, а отже, не описані Стандартною моделлю.

«Те, що ми звикли вважати джерелами колосальної енергії, наприклад, наднові зірки, не має достатньої потужності для того, щоб генерувати такі частинки, — пояснює Метьюс. — Необхідна величезна кількість енергії, дуже потужні магнітні поля, щоб утримати частинку, поки вона прискорюється».

«Частинка Богині Сонця має бути важливим посланцем Всесвіту про надзвичайно енергійні явища, але нам необхідно з’ясувати походження цієї загадкової частинки», — підсумовує Фудзії.

Детектори проєкту Telescope Array у штаті Юта нещодавно зазнали модернізації. Їхня чутливість зросла вчетверо. Також учені мають намір підключити до пошуку екзотичних космічних променів і інші обсерваторії.

Це дає надію на те, що вдасться знову зафіксувати частинку «Богині Сонця» і краще зрозуміти природу її походження.

«Я особисто дуже радий тому, що знайшов нову загадку в науці, яку можна розгадати», — підбиває підсумок Фудзії.

Раніше NV Техно писав про те, що через десятиліття роботи міжнародній групі фізиків удалося виміряти масу W-бозона. Виявилося, що частка має більшу масу, ніж передбачала Стандартна модель, — це може призвести до фундаментального зрушення в науці.

W-бозон — елементарна частинка, що відповідає за слабку взаємодію, — може бути на 0,09% важчим, ніж передбачала Стандартна модель.

На перший погляд відмінність здається несуттєвою. Але для фізики це відхилення величезне. Якщо результат підтвердиться, ми опинимося на порозі першої серйозної зміни законів фізики елементарних частинок за останні пів століття.

W-бозон разом зі своїм «двоюрідним братом» Z-бозоном, бере участь у більшості типів ядерних реакцій на кшталт термоядерного синтезу, що живить наше Сонце.

Ці елементарні частинки переносять слабку ядерну взаємодію. А це — одна з чотирьох фундаментальних сил природи, що є одним зі стовпів, на якому стоїть Стандартна модель.