Аномалия галлия: почему странный и очень дорогой металл бросает вызов известной физике

Фото: IFLS

Галлий является интересным металлом. Он находится в твердом состоянии до того момента, пока его не положили на руку. Этот металл перейдет в жидкое состояние, ведь у него относительно низкая температура плавления: почти 30 градусов Цельсия. Галлий является одним из самых дорогих металлов: цена за тонну может достигать полмиллиона долларов, а иногда и более 1 млн. Физики использовали в разных экспериментах один из стабильных изотопов галлия для изучения солнечных нейтрино. Ученые обнаружили аномалию, которая бросает вызов современной физике, пишет IFLScience.

Стандартная модель физики элементарных частиц, которая описывает все известные частицы, все же имеет свои ограничения. Предполагается, что она может быть неполной и существуют неизвестные пока частицы.

Нейтрино является неуловимой элементарной частицей. Существует три известных типа этой частицы или аромата: электронное нейтрино, мюонное нейтрино и тау-нейтрино. У нейтрино нет электрического заряда и они имеют такую маленькую массу, что долгое время считалось, то это безмассовые частицы.

Нейтрино пролетают без помех через любой объект в космосе, ведь взаимодействия частицы с материей происходит очень редко. Каждую секунду через ваше тело проходит 100 триллионов нейтрино, но вы этого не чувствуете.

Нейтрино создаются в результате разных астрофизических событий, в том числе и в результате термоядерного синтеза в недрах Солнца. Но по мере перемещения частиц по космосу, с ними что-то происходит. Они меняют свои ароматы. Частицы переходят из электронных нейтрино в мюонные нейтрино, в тау-нейтрино или наоборот. Соотношение этих переходов хорошо предсказывается наблюдениями и теорией.

Если изотоп галлия-71 взаимодействует с электронными нейтрино, он распадается на германий-71 и электрон. В отличие от галлия, германий-71 нестабилен и распадается с периодом полураспада 11,4 дня обратно в галлий. И вот тут все становится сложнее. Потому что многие эксперименты с галлием за последние 35 лет показали, что при взаимодействии с нейтрино не производится достаточно германия. Это называется аномалия галлия.

Физики считали, что возможно, они не полностью понимают взаимодействие между нейтрино и галлием. Хотя улучшить это понимание удалось в 2023 году и аномалия так никуда и не делась.

Существует предположение, что Стандартная модель физики элементарных частиц не учитывает еще один аромат нейтрино. Возможно существуют типы нейтрино, которые взаимодействуют с материей только посредством гравитации. Хотя существование стерильного нейтрино пока не доказано, это не значит, что не может быть.

С другой стороны физики не уверены, что разгадкой аномалии галлия может быть стерильное нейтрино. Возможно, во время экспериментов ученые не учли некоторые физические особенности или неправильно их интерпретировали.

А может быть совершенно другое объяснение, которое выходит за пределы Стандартной модели физики элементарных частиц. Пока что эта загадка остается нераскрытой, но удивительно, что интересный металл галлий может содержать ключ к совершенно новому способу понимания Вселенной.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист AOinform