Аномалия галлия: металл плавится прямо в руке и бросает вызов физике
Галлий — металл, который плавится прямо в руке, но это далеко не самое странное, что с ним связано. Когда ученые начали изучать взаимодействие галлия с солнечными нейтрино — крошечными, почти невидимыми частицами, которые проходят сквозь нас каждый миг, — они наткнулись на неожиданную загадку, которая буквально ставит под вопрос все наши знания о физике, а значит и об окружающем нас мире в целом.
Этот необычный металл является важным инструментом для изучения нейтрино — не менее странных частиц, которые пронизывают все существующее в мире. Нейтрино не имеют электрического заряда, обладают крайне малой массу и могут беспрепятственно проходить через материю, включая наши тела.
У нейтрино есть три типа, или, как говорят ученые, три «вкуса»: электронное, мюонное и тау-нейтрино. В процессе взаимодействия галлия-71 с электронным нейтрино галлий превращается в германий-71, который затем распадается с периодом полураспада в 11,4 дня, возвращаясь обратно в галлий.
Этот процесс используют ученые, чтобы измерять количество нейтрино, приходящих от Солнца. Проблема началась, когда эксперименты показали, что галлия превращается в германий-71 гораздо меньше, чем ожидалось — то есть какая-то его часть словно бесследно пропадает при экспериментах.
Чтобы выяснить, в чем же проблема, ученые провели еще один эксперимент — BEST (Baksan Experiment on Sterile Transition). Они использовали другой источник нейтрино — радиоактивный хром, который испускает много нейтрино, чтобы исключить влияние солнечных условий. Но результаты остались прежними: количество германия оказалось на 20-24 процента ниже ожидаемого.
Ученые исследовали множество возможных причин этой аномалии. Были пересмотрены взаимодействия нейтрино с галлием, проверена точность измерения периода полураспада германия — и все это оставалось в пределах ожиданий. Но аномалия так и не исчезла.
Одним из возможных объяснений этой аномалии может быть существование нового вида нейтрино — так называемых стерильных нейтрино. В отличие от известных трех типов нейтрино, стерильные нейтрино взаимодействуют с другими частицами только через гравитацию, оставаясь невидимыми для других сил природы.
Некоторые эксперименты уже исключили стерильные нейтрино с массой, равной одной пятисотой массы электрона, но результаты BEST показали, что если стерильные нейтрино существуют, то их масса может быть выше.
У нас тут загадка, каждый ответ на которую не понравится физикам. Либо Стандартная модель неправильная, либо галлий проваливается в другое измерение, — пояснил доктор MIT Гарольд Грубер.
Возможно, что причина кроется в особенностях самих экспериментов, которые ученые пока не понимают. Но с таким же успехом проблема галлия может объясняться и другой физикой, до которой человек просто «не дорос».