Есть ли у Вселенной другие измерения? В поисках ответа российские ученые поехали на Калининскую АЭС (город Тверь) и разместили приборы прямо под реактором. Почему именно там может скрываться «портал в иные миры», и – открылся ли он?
Проект называется DANSS («Детектор антиНейтрино на основе твердотельного сцинтиллятора», Detector of the reactor AntiNeutrino based on Solid Scintillator). Над ним работала целая команда: ученые из Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, Объединенного института ядерных исследований, НИЦ «Курчатовский институт», МФТИ и Института ядерных исследований РАН. Как следует из названия опыта, специальный детектор ловил антинейтрино. Частицы вылетали из энергетического реактора ВВЭР-1000 Калининской АЭС, тепловая мощность 3 гигаватта. Оборудование стояло прямо под реактором. Статья опубликована в журнале JETP Letters.
Но что такое антинейтрино, и причем тут иные измерения и тем более порталы под реактором АЭС?
Нейтрино – загадочная элементарная частицы, почти без массы (долго время считалось, что у нейтрино вообще нет массы, как, например, у фотона). Нейтрино почти не взаимодействует с веществом. То есть оно может пронзить Землю насквозь и полететь себе дальше. Что миллиарды нейтрино из космоса, собственно, и проделывают прямо сейчас, двигаясь через ваши тела.
И, как вы уже догадались, у нейтрино есть античастица – антинейтрино (конечно, мы существенно упрощаем, потому что есть несколько типов нейтрино, но будем мыслить широкими мазками, а то запутаемся). Мы привыкли думать, что античастица отличается непременно зарядом. Скажем, электрон – отрицательно заряжен, позитрон – положительно. У нейтрино заряда нет, а антипод есть, и отличается он другими параметрами (знаком лептонного числа и хиральностью). Что это за хиральность такая, не суть, просто усвоим, что под реактором Калининской АЭС ловили именно антинейтрино.
Почему там? Мы уже говорили, что нейтрино вещества почти не чует. А детектор состоит из вещества! Чтобы детектор заметил антинейтрино, их нужно очень много. Авось кто-нибудь и провзаимодействует. Реактор АЭС – прекрасный источник антинейтрино. Это как стоять под мощным стадионным прожектором, лицо греть. В результате детектор регистрировал колоссальные 5 тысяч событий в день. Всего набралось 5,8 миллиона событий. Можно делать выводы.
Мы рады за детектор! – уже немного нервничает читатель. Но вы обещали что-то про другие измерения и порталы.
Да-да, все, вот наконец про порталы.
Несколько десятилетий назад физики заметили: от ядерных реакторов летит намного меньше антинейтрино, чем положено. Куда же они деваются?
Предположили: раз антинейтрино почти игнорирует вещество, может, ему и другие барьеры нипочем? Например, барьеры между измерениями? Нашим и не нашим?
А про иные измерения рассуждают не только блогеры в социальных сетях да маги с заговоренными свечами. Физики тоже. Вот, есть четыре основные силы в природе. Слабое, сильное взаимодействия (на ядерном уровне), электромагнетизм и гравитация. И как-то бросается в глаза, что первые три силы, простите за тавтологию, сильные, а гравитация слабая очень. Ничего себе слабая! Хотел бы я над стулом воспарить. Поверьте: кабы к стулу вас тянуло сильное, да и даже слабое взаимодействие, вас бы вместе со стулом и раздавило бы.
Долгое время считалось, что у нейтрино вообще нет массы. Фото: Barbol/Shutterstock/Fotodom
И вот предположили: на самом деле гравитация ого-го сила, только она рассеивается, расползается между измерениями. Немного у нас потянет, немного в других измерениях. А раз антинейтрино «ходят» между мирами, не есть ли они Мост, он же Портал, чтобы с их помощью туда посмотреть?
Результат опыта обескуражил. А нет никакой антинейтринной аномалии в Калининской АЭС. Сколько вылетело по теории, столько детектор поймал и на практике.
- То есть вы собирались посмотреть, будут ли антинейтрино исчезать, а они никуда не исчезли, и тайных лазеек, куда они проваливаются, нет? – спрашиваю.
- Грубо говоря, да, - рассказал KP.RU аспирант МФТИ, один из авторов работы Петр Горовцов, - В физике отличие теории и эксперимента характеризуется вероятностью того, что увиденная разница – это результат флуктуации в пределах погрешностей. Обычно, вероятность 0,3% считается «указанием» на неполноту теории, а 0,02% - «доказательством». И в нашей работе для большой части пространства параметров мы получили такую вероятность менее 0,02%, то есть исключили существование дополнительных измерений большого (примерно больше 0.1 мкм) размера. Такого исключения удалось добиться, потому что теория предсказывает, что антинейтрино будут исчезать по-разному на разном расстоянии от реактора, а DANSS расположен на подвижной платформе и считает антинейтрино в ближнем и дальнем положении отдельно.
Печальная новость, нет (по крайней мере, больших) иных измерений. Я бы не отказался комнатку или даже коттедж в другом измерении прикупить, но если там площадь меньше 0,1 микрометра – это даже не студия, это угол какой-то. Но как тогда объяснить антинейтринную аномалию, которую десятилетиями видели во всех ядерных реакторах земного шара?
- Это сложный вопрос, на который пока нет ответа в научном сообществе (поэтому наша работа и актуальна). Либо несовершенством эксперимента, либо несовершенством теоретических расчётов. Возможно, реакторная аномалия объясняется неправильным учётом вклада Урана-235 в спектр антинейтрино, - говорит Петр Горовцов.
Аспирант МФТИ Петр Горовцов.
Личная страница героя публикации в соцсети
И все-таки заметим оговорку: Петр Горовцов не говорит, что НЕТ иных измерений. Да, российский опыт на сегодня – самый лучший и самый точный в мире, нет ему аналогов. Да, «аномалии» в других экспериментах, скорее всего, вызваны слабой чувствительностью того оборудования. И все таки лазейка для существования иных миров остается. Просто эти миры не такие уж громадные, как наш:
- Из нашей работы следует, что модель дополнительных измерений с параметрами, попавшими в область исключения, неверна в случае, когда одно измерение сильно больше других. Другие измерения могут существовать, но обладать примерно одинаковыми размерами, меньшими, чем поставленные нами пределы (примерно 0,1 мкм). Чтобы исключить такой сценарий, нужно рассмотреть влияние дополнительных измерений на данные, наблюдаемые космологами и астрофизиками, - говорит Петр Горовцов.
Но если больших иных измерений нет, вернемся к глобальному вопросу: почему гравитация такая слабая?
- Одна из самых популярных теорий, которая объясняет в том числе и проблему иерархий (то есть «слабость» гравитации – ред.), это суперсимметрия, - говорит Петр Горовцов, - Предполагается, что для каждой частицы существует её супер-партнёр, обладающий другой статистикой (суперпартнёр фермиона – бозон, и наоборот). Впрочем, поиски суперсимметрии пока тоже не увенчиваются успехом.
Если суперсимметрия верна, то, например, протон должен быть нестабильной частицей, но его распад пока не обнаружен, и текущий предел на время жизни составляет около 10^34 лет, то есть больше жизни Вселенной, уточняет исследователь.
- Есть и другая точка зрения: проблема иерархий не является проблемой в том смысле, что она лишь заключается в том, что параметры вселенной очень «тонко» настроены. Теория, в которой стабильная Вселенная появлялась бы из почти любого набора исходных параметров, выглядела бы более красиво, но, строго говоря, не была бы вернее той, что есть сейчас. Также тут применяют антропный принцип – да, вселенная могла появиться только для таких «тонко» настроенных параметров, но ведь не будь таких начальных значений параметров, не родилось бы и нас, и мы бы не обратили внимание на это совпадение, - говорит Петр Горовцов.
Итак, эксперимент под реактором Калининской АЭС заставил поднять вопросы философского, то есть необозримого, плана. Создана ли Вселенная специально «ради нас» (это и есть антропный принцип). Что значит «создана», если мы продолжаем оставаться на позициях науки? Уловка (о ней упоминает Петр Горовцов): Вселенных возникает много, но именно в такой, как наша, можем появиться мы. Вот мы ее и видим. А другие не видим, потому что там нас нет. Вроде логично. Но это если не погружаться в дебри. А в «дебрях», то есть в научных публикациях, по поводу антропного принципа идет рубилово, как в ином соседском чате. Нет ясности, непримиримы позиции.
Что дальше? Будут российские ученые еще какие-то опыты ставить? Как-то развивать успех, уточнять модели?
- DANSS сейчас находится на завершающей стадии обновления используемых детекторов – в новой версии ожидается улучшение светосбора и энергетического разрешения. Это позволит увеличить чувствительность к форме спектра детектируемых позитронов, что важно для поиска как дополнительных измерений, так и стерильного нейтрино – гипотетического 4го состояния нейтрино, в которое могут осциллировать остальные. В более близкой перспективе анализ по поиску дополнительных измерений планируется улучшить, включив информацию не только о форме спектра позитронов, но и о числе зарегистрированных частиц, - говорит Петр Горовцов.
Отличные новости! Значит, еще что-то узнаем о Вселенной. Конечно, чудно: залезть под ядерный реактор и именно там что-то выяснить про иные измерения, антропный принцип, а там, кто знает, может, и тайну происхождения человечества понять. Но физика – она такая. Никогда не знаешь, где тебя поджидает открытие.
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ
Огромная комета приближается к Земле: чем она необычна, как увидеть ее невооруженным глазом
