Нейтрино, получившее обозначение KM3-230213A, было зарегистрировано подводным детектором коллаборации KM3NeT в Средиземном море 13 февраля 2023 года. С расчетной энергией около 220 пета-электронвольт — в 100 000 раз больше, чем у любой частицы, когда-либо созданной Большим адронным коллайдером — оно остается нейтрино с наивысшей энергией из всех когда-либо наблюдавшихся.
Объяснение через тёмный заряд
Команда Массачусетского университета в Амхерсте под руководством доцентов Андреа Тамм и Майкла Бейкера, а также постдокторанта Хоакима Игуаса Хуана, обратилась к экзотическому классу теоретических объектов, называемых квазиэкстремальными первичными чёрными дырами, чтобы объяснить это наблюдение. В отличие от обычных чёрных дыр, образующихся при коллапсе звёзд, первичные чёрные дыры должны были возникнуть из экстремальных флуктуаций плотности в ранней Вселенной вскоре после Большого взрыва.
«Чем легче чёрная дыра, тем горячее она должна быть и тем больше частиц она будет испускать», — объясняет Тамм. «По мере испарения первичных чёрных дыр они становятся всё легче, а значит, горячее, испуская ещё больше излучения в процессе лавинообразного нарастания вплоть до взрыва. Именно это излучение Хокинга могут обнаружить наши телескопы».
Модель команды вводит понятие «тёмного заряда» — аналога электрического заряда, но действующего в скрытом секторе — и гипотетическую тяжёлую частицу, которую они называют «тёмным электроном». Этот тёмный заряд придал бы первичным чёрным дырам уникальные свойства, которые помогают объяснить критическое несоответствие в данных.
Разгадка загадки IceCube
Нейтринная обсерватория IceCube на Южном полюсе, которая имеет большую площадь детектирования и более длительную историю работы, чем KM3NeT, никогда не регистрировала нейтринное событие даже с одной сотой энергии KM3-230213A. Если бы вселенная была наполнена взрывающимися первичными чёрными дырами, часто производящими такие частицы, IceCube должна была бы обнаружить подобные события.
«Мы считаем, что ПЧД с „тёмным зарядом" — то, что мы называем квазиэкстремальными ПЧД — это недостающее звено», — сказал Игуас Хуан.
Модель тёмного заряда объясняет это расхождение через характерное поведение, которое демонстрируют эти модифицированные чёрные дыры в процессе испарения. Команда ранее рассчитала, что существует вероятность до 90% стать свидетелем такого взрыва в течение следующего десятилетия с использованием существующих телескопов.
Последствия для тёмной материи
Помимо объяснения аномального нейтрино, исследователи полагают, что их модель могла бы разрешить одну из самых давних загадок физики: природу тёмной материи, которая составляет примерно 27% массы-энергии Вселенной, но остаётся невидимой для прямого обнаружения.
«Если наш гипотетический тёмный заряд существует, — сказал Игуас Хуан, — то мы полагаем, что может существовать значительная популяция первичных чёрных дыр, что согласуется с другими астрофизическими наблюдениями и объясняет всю недостающую тёмную материю во Вселенной».
Бейкер описал потенциальные последствия: «Сейчас мы могли бы находиться на пороге экспериментального подтверждения излучения Хокинга, получения доказательств существования как первичных чёрных дыр, так и новых частиц за пределами Стандартной модели, а также объяснения загадки тёмной материи».
Источники
Релиз университета
Исследование
[ Объяснение потоков нейтрино с энергией в несколько пэВ на станциях KM3NeT и IceCube с помощью квазиэкстремальных первичных черных дыр
Майкл Дж. Бейкер, Хоаким Игуас Хуан, Эйдан Саймонс и Андреа Тамм
Phys. Rev. Lett. - Принято к публикации 18 декабря 2025 г.
DOI: https://doi.org/10.1103/r793-p7ct ]
Контекст
[ Гравитационно сколлапсировавшие объекты очень малой массы
Ежемесячные извещения Королевского астрономического общества , том 152, выпуск 1, апрель 1971 г., страницы 75–78, https://doi.org/10.1093/mnras/152.1.75
Опубликовано: 1 апреля 1971 г. История изменений статьи
Получена исправленная версия: 9 ноября 1970 г.
Опубликовано: 1 апреля 1971 г.]
Комментариев нет:
Отправить комментарий