Физики предложили объяснение происхождения нейтрино с аномально высокой энергией, зафиксированного в 2023 году. Частица оказалась в 100 тысяч раз более энергичной, чем те, что создаются в Большом адронном коллайдере. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters (PRL).
Необычное нейтрино было обнаружено коллаборацией KM3NeT Collaboration, и его энергия оказалась настолько высокой, что ни один известный астрофизический процесс не мог ее объяснить.
Ученые из Массачусетский университета в Амхерсте предположили, что источник частицы — взрыв редкого типа черной дыры, так называемой квазиэкстремальной первичной черной дыры. Такие объекты, согласно гипотезе Стивена Хокинга, могли образоваться в первые мгновения после Большого взрыва. В отличие от обычных черных дыр, они могут иметь очень малую массу и со временем «испаряться», испуская частицы — этот процесс известен как излучение Хокинга.
«Чем меньше масса черной дыры, тем выше ее температура и тем интенсивнее она испускает частицы. В конце этот процесс становится лавинообразным и заканчивается взрывом», — пояснила соавтор работы, физик Андреа Тамм.
По расчетам исследователей, именно такой взрыв может породить нейтрино с рекордной энергией. Однако возникло противоречие: другой крупный эксперимент — IceCube — не зарегистрировал ничего подобного, хотя также занимается поиском высокоэнергетических нейтрино.
Чтобы объяснить это расхождение, ученые предложили новую модель. В ней первичные черные дыры обладают так называемым «темным зарядом» — гипотетическим свойством, аналогичным электрическому заряду, но связанным с неизвестными частицами.
«Мы считаем, что квазиэкстремальные первичные черные дыры с темным зарядом — это недостающее звено», — отметил соавтор исследования, физик Хоакин Игуаc Хуан.
По словам другого автора работы, Майкл Бейкер, такая модель сложнее существующих, но лучше согласуется с наблюдениями: «Она позволяет объяснить явление, которое ранее казалось невозможным».
Кроме того, предложенная теория может помочь решить одну из главных загадок современной физики — природу темной материи.
«Если наша гипотеза верна, то популяция таких черных дыр может объяснить всю темную материю во Вселенной», — добавил Игуаc Хуан.
Авторы работы считают, что наблюдение экстремального нейтрино открывает новые возможности для проверки фундаментальных теорий — от существования первичных черных дыр до поиска частиц за пределами Стандартной модели.
Ранее в космосе был зафиксирован взрыв, не поддающийся объяснению с точки зрения известной физики.