Наша планета полна высокоскоростных "подвигов": чего лишь стоят космические корабли, гоночные автомобили и гепарды во время охоты. Однако, что на самом деле является самым быстрым на Земле? Ученые считают, что ответ зависит от двух факторов: как определяется понятия "вещь" и "на Земле", пишет Live Science.
В данный момент существует всего два главных кандидата, но никого из них невозможно увидеть невооруженным глазом: нейтрино и фотоны. Самым очевидным ответом на этот вопрос является свет. Известно, что в вакууме он движется со скоростью 300 000 километров в секунду и ничто во Вселенной, о чем нам известно, не может превысить эту скорость.
Физики, увы, не единогласно согласны с этим утверждением. Некоторые ученые считают, что свет нельзя считать вещью, так как он не имеет массы. Однако другие не согласны с этим утверждением, так как из-за особенностей квантовой механики свет одновременно является волной и частицей. В то же время большинство физиков сходятся во мнении, что частицы — это вещи.
Таким образом, по словам физика из Университета Юты Джона Мэтьюза, в космическом вакууме эти частицы, называемые фотонами, являются самыми быстрыми объектами. Однако на самой Земле все становится немного сложнее, если только мы не находимся в вакуумной камере.
Мэтьюз отмечает, как только фотон попадает в атмосферу Земли, он немного замедляется — в результате, при определенных обстоятельствах, у него может появиться конкурент. Ученый отмечает, это происходит потому, что не все частицы замедляются атмосферой так же как фотоны.
Джон Мэтьюз является частью группы исследователей, которые обнаружили несколько очень быстрых частиц, возникающих в результате космических лучей сверхвысокой энергии — потомков субатомных частиц, падающих на нашу планету из космоса. Одна из таких частиц была обнаружена в 1991 году и названа Oh-My-God ("О боже мой!") — ее обнаружили в результате космического луча самой высокой энергии, который еще лишь предстоит обнаружить.
Известно, что подобные частицы начинают двигаться со скоростью, приближенной к скорости света в вакууме. При этом во время столкновения с атмосферой Земли они в отличие от фотонов продолжают нестись вперед — в результате их скорость в атмосфере превышает скорость света. Именно это, по сути, и делает частицы Oh-My-God одними из самых быстрых объектов с массой на Земле, однако не делает их лидерами.
По словам физика элементарных частиц из Университета Висконсин-Мэдисон Джастина Ванденбрука, на самом деле лидерство принадлежит нейтрино. Частица Oh-My-God, вероятно, представляет собой протон или, по крайней мере, протоноподобный — довольно массивный в масштабе субатомных частиц. Масса нейтрино как минимум в 10 миллиардов раз меньше массы протона, поэтому благодаря основным законам физики оно может двигаться еще быстрее, если ему дать такое же количество энергии.
В то же время физик отмечает, что нейтрино могут двигаться очень быстро в теории, на практике их довольно сложно зафиксировать. Однако ученые провели эксперимент, чтобы проверить это. В ходе долгосрочного эксперимента на Южном полюсе команда поместила детекторы внутри куска льда площадью 1 кубический километров — таким образом они намеревались обнаружить нейтрино.
Внутри льда нейтрино с достаточной энергией может двигаться быстрее света. Когда это высокоэнергетическое нейтрино сталкивается с ядром атома во льду, оно может производить заряженные субатомные частицы, также движущиеся быстрее света. Эти быстрые частицы испускают вспышки света, известные как черенковское излучение, благодаря чему нейтрино можно косвенно обнаружить.
В 2016 году ученые добились успеха. По словам физика из Национальной лаборатории Лос-Аламоса Билла Луиса, насколько известно команде, нейтрино являются самыми быстрыми частицами из всех когда-либо наблюдаемых. Ни одна частица с массой не может достичь скорости света в вакууме, но если она очень легкая и имеет много энергии, она может подобраться очень близко.
В результате Ванденбрук разработал свою шкалу согласно "категории девяток". Например, что-то движущееся со скоростью 99,99% скорости света, будет иметь четыре девятки; сверхбыстрое нейтрино — будет иметь 33 девятки, а частица Oh-My-God — от 20 до 24 девяток. В то же время самая высокая скорость, достигнутая частицами в созданных человеком ускорителях частиц, таких как Большой адронный коллайдер, будет иметь всего 7 девяток.
