Всесвіт має багато нерозв’язаних проблем. Частина з них поступово знаходить пояснення, а інші — залишаються загадками для науки. Одна з таких загадок — надлишок мюонів. Вимірювання виявили, що на поверхні Землі спостерігається більше мюонів, ніж передбачають стандартні фізичні моделі.
Ці елементарні частинки є побічними продуктами високоенергетичних космічних променів, що взаємодіють з атмосферою. У новому дослідженні група вчених пропонує пояснення цього феномену через так звану конденсацію глюонів.
Як утворюються мюони?
Космічні промені, що пронизують час-простір майже зі швидкістю світла, зіштовхуються з ядрами атомів у верхніх шарах атмосфери, спричиняючи каскад частинок. Піони, каони та баріони, що утворюються, швидко розпадаються, породжуючи мюони — важкі аналоги електронів. Близько 90% мюонів виникають із розпаду піонів і каонів. Ці частинки здатні проникати крізь атмосферу майже без втрати енергії та досягати поверхні Землі, що пояснюється принципами спеціальної теорії відносності.
За розрахунками, щохвилини через кожен квадратний сантиметр поверхні Землі проходить один мюон, але спостереження свідчать, що їхня кількість перевищує очікувану на 30–60% у межах енергій від 6 до 16 ЕеВ.
Конденсація глюонів
Дослідники припускають, що головна причина розбіжності між теорією та спостереженнями криється в першому зіткненні космічних променів із тими, що зіштовхуються з ядрами атомів в атмосфері. У таких умовах, коли частинка космічного променя має надзвичайно високу енергію, у ядрах можуть утворюватися глюонні конденсати.
Глюони — частинки, що переносять сильну взаємодію між кварками, з яких складаються адрони (наприклад, протони, нейтрони, піони та каони). У звичайних умовах глюони поводяться складно через свою «кольорову» зарядженість, яка ускладнює їхній аналіз. Проте за надвисоких енергій вони можуть утворювати стани, де значна частина їхньої енергії зосереджується на одному рівні, утворюючи глюонний конденсат.
Вплив глюонних конденсатів
Глюонні конденсати можуть значно впливати на формування адронів під час зіткнень. Наприклад, вони збільшують появу піонів і дивних кварків, які входять до складу каонів. Ці процеси ведуть до утворення більшої кількості мюонів, ніж передбачає стандартна модель.
Розрахунки показали, що кількість пар дивних кварків може бути в 2–10 разів більшою за наявності глюонного конденсату, ніж у звичайній кварк-глюонній плазмі. Це, своєю чергою, пояснює надлишок мюонів на поверхні Землі.
Автори дослідження у статті The Astrophysical Journal підкреслюють, що стандартні моделі, які враховують лише вплив кварк-глюонної плазми, не можуть повністю пояснити надлишок мюонів. Натомість їхня теорія глюонного конденсату пропонує більш точне пояснення. Вони вважають, що ці стани можуть утворюватися за екстремальних енергій зіткнень, сприяючи утворенню дивних кварків і, як наслідок, більшій кількості мюонів.
Раніше ми розповідали про те, як звіряти годинники за допомогою космічних променів.
За матеріалами phys.org
