Галиевата аномалия – едно старо ново предизвикателство за цялата позната физика
Галият е забавен материал. Той е твърд, стига да не го взимате с ръце, защото се превръща в течност поради сравнително ниската си температура на топене. За физиците един от двата стабилни изотопа на галия има и друго приложение: той може да се използва за изследване на слънчевите неутрино.
И така физиците се натъкват на загадка, която може да разтърси цялата съвременна физика.
Проблемът не е в галия. Стандартният модел на физиката на елементарните частици вероятно е една от най-добрите теории, създавани някога от човешки умове, и все пак е ограничен. И ние сме наясно с това – просто не сме сигурни къде всъщност са границите и какво има отвъд тях. Тук се появява течният метал.
Ако атом на галий-71 взаимодейства с електронно неутрино, той се разпада на германий-71 и електрон. За разлика от галия, германий-71 не е стабилен и се разпада с период на полуразпад от 11,4 дни обратно в галий – процес, който е едновременно удобен и измерим.
Неутриното е странна малка частица. Съществуват три известни вида: електронно неутрино, мюонно неутрино и тау неутрино. Те са известни като аромати. Те нямат електрически заряд и имат толкова малка маса, че дълго време се смяташе, че е направо нулева. Те могат също така да прелитат необезпокоявано на междугалактически разстояния. През тялото ви всяка секунда преминават 100 трилиона неутрино, но вие не можете да ги усетите; взаимодействието с неутрино е рядкост.
Те се получават при безброй физични събития, включително при реакцията на термоядрен синтез в центъра на Слънцето. Но докато пътуват, нещо се случва – те променят вкуса си и от електронно неутрино се превръщат в мюонно, в тау неутрино или обратното. Съотношението на тези преобразувания е добре предсказано от наблюденията и теорията.
И именно тук идва сложното – защото експериментите с галий не произвеждат достатъчно германий.
Съветско-американският експеримент с галий
Подозрението, че се случва нещо странно, идва от резултатите на Съветско-американския експеримент с галий, който започва през 1989 г. и продължава десетилетия. Само две години по-късно в Италия започва друг експеримент, наречен GALLEX. И двата експеримента показват недостиг на произведено количество германий. Ето това е галиевата аномалия.
В последващо изследване, наречено BEST – Baksan Experiment on Sterile Transition (Експеримент на Баксан за стерилен преход), галият е подложен на неутрино с помощта на радиоактивен хром (който е интензивен източник на неутрино). Отново се оказа, че добивът на германий-71 е по-нисък от очаквания – между 20 и 24%.
Друга възможност беше фактът, че може би взаимодействието между неутриното и галия не е напълно разбрано, но то беше уточнено през 2023 г., без да се реши проблемът с аномалията. Дръга алтернатива беше периодът на полуразпад на германий-71 – може би самото измерване на 11,4 дни не е било правилно. Но и това в крайна сметка пропада като идея след още експерименти и аномалията се запазва.
Стерилно неутрино
Вкусовете са три, но все пак споменахме, че има ограничения. Подозира, че има и други частици, и версия на неутриното, която взаимодейства само чрез гравитацията, може да е една от тях. Съществуването на стерилно неутрино с маса около 1/500 от тази на електрона беше отхвърлено от други експерименти. Но резултатите от BEST всъщност показват, че масата му е по-голяма от споменатата.
Но това не означава, че то е правилният отговор. Възможно е в експериментите да има и други особености, които учените да са разбрали погрешно. Или пък може да има съвсем различно обяснение, което все още изисква някаква физика извън Стандартния модел.
Просто все още не знаем, но е наистина очарователно, че такъв забавен метал може да съдържа ключа към изцяло нов начин за разбиране на Вселената.
