Неуловимые частицы могут взаимодействовать с фотонами
Исследования Университета Хоккайдо показали, что неуловимые частицы, называемые нейтрино, могут взаимодействовать с фотонами, фундаментальными частицами света и другим электромагнитным излучением, способами, ранее не обнаруженными. Результаты исследования Кензо Исикавы, почетного профессора Университета Хоккайдо, и его коллеги Ютаки Тобиты, преподавателя Университета науки Хоккайдо, были опубликованы в журнале Physics Open. «Наши результаты важны для понимания квантово-механических взаимодействий некоторых наиболее фундаментальных частиц материи», — говорит Исикава. «Они также могут помочь раскрыть детали плохо изученных в настоящее время явлений на Солнце и других звездах». Нейтрино — одна из самых загадочных фундаментальных частиц материи. Их чрезвычайно трудно изучать, поскольку они практически не взаимодействуют с другими частицами. Они электрически нейтральны и почти не имеют массы.
Тем не менее, их очень много: огромное количество постоянно исходит от Солнца и проходит через Землю, да и через нас самих, практически без какого-либо эффекта. Узнать больше о нейтрино важно для тестирования и, возможно, уточнения нашего нынешнего понимания физики элементарных частиц, известного как Стандартная модель. «В нормальных «классических» условиях нейтрино не будут взаимодействовать с фотонами, — объясняет Исикава. — Однако мы обнаружили, как можно заставить взаимодействовать нейтрино и фотоны в однородных магнитных полях чрезвычайно большого масштаба — до 103 км. — встречается в форме материи, известной как плазма, которая возникает вокруг звезд». Плазма — это ионизированный газ, а это означает, что все ее атомы приобрели либо избыток, либо недостаток электронов, что делает их отрицательно или положительно заряженными ионами, а не нейтральными атомами, которые могут возникнуть в повседневных условиях на Земле.
Взаимодействие, описанное исследователями, включает в себя теоретическое явление, называемое электрослабым эффектом Холла. Это взаимодействие электричества и магнетизма в экстремальных условиях, когда две фундаментальные силы природы — электромагнитное и слабое — сливаются в электрослабое взаимодействие. Это теоретическая концепция, которая, как ожидается, будет применяться только в условиях очень высоких энергий ранней Вселенной или при столкновениях в ускорителях частиц. Исследование позволило получить математическое описание этого неожиданного нейтрино-фотонного взаимодействия, известного как лагранжиан. Это описывает все, что известно об энергетических состояниях системы.
«Помимо вклада в наше понимание фундаментальной физики, наша работа может также помочь объяснить то, что называется загадкой нагрева солнечной короны», — говорит Исикава. «Это давняя загадка, касающаяся механизма, благодаря которому самая внешняя атмосфера Солнца — его корона — имеет гораздо более высокую температуру, чем поверхность Солнца. Наша работа показывает, что взаимодействие между нейтрино и фотонами высвобождает энергию, которая нагревает Солнечная корона». «Теперь мы надеемся продолжить нашу работу в поисках более глубокого понимания, особенно в связи с передачей энергии между нейтрино и фотонами в этих экстремальных условиях», — говорит Исикава.
