Примарний гонщик. Учені розповіли, що найшвидше на Землі

Наша планета сповнена високошвидкісних "подвигів": чого лише варті космічні кораблі, автомобілі для перегонів та гепарди під час полювання. Однак, що насправді є найшвидшим на Землі? Вчені вважають, що відповідь залежить від двох чинників: як визначається поняття "річ" і "на Землі", пише Live Science.

Наразі існує всього два головних кандидати, але нікого з них неможливо побачити неозброєним оком: нейтрино і фотони. Найочевиднішою відповіддю на це запитання є світло. Відомо, що у вакуумі воно рухається зі швидкістю 300 000 кілометрів на секунду і ніщо у Всесвіті, про що нам відомо, не може перевищити цю швидкість.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Однак проблема полягає в тому, чи можна вважати світло річчю? Фізики, на жаль, не одноголосно згодні з цим твердженням. Деякі вчені вважають, що світло не можна вважати річчю, оскільки воно не має маси. Однак інші не згодні з цим твердженням, тому що через особливості квантової механіки світло одночасно є хвилею і часткою. Водночас більшість фізиків сходяться на думці, що частинки — це речі.

Отже, за словами фізика з Університету Юти Джона Метьюза, у космічному вакуумі ці частинки, звані фотонами, є найшвидшими об'єктами. Однак на самій Землі все стає трохи складніше, якщо тільки ми не перебуваємо у вакуумній камері.

Метьюз зазначає, що тільки-но фотон потрапляє в атмосферу Землі, він трохи сповільнюється — в результаті, за певних обставин, у нього може з'явитися конкурент. Вчений зазначає, це відбувається тому, що не всі частинки сповільнюються атмосферою так само як фотони.

Джон Метьюз є частиною групи дослідників, які виявили кілька дуже швидких частинок, що виникають у результаті космічних променів надвисокої енергії — нащадків субатомних частинок, які падають на нашу планету з космосу. Одну з таких частинок було виявлено 1991 року, її назвали Oh-My-God ("О боже мій!") — її виявили в результаті космічного променя найвищої енергії, який ще лише належить виявити.

Відомо, що подібні частинки починають рухатися зі швидкістю, наближеною до швидкості світла у вакуумі. Водночас під час зіткнення з атмосферою Землі вони, на відміну від фотонів, продовжують мчати вперед — унаслідок цього їхня швидкість в атмосфері перевищує швидкість світла. Саме це, по суті, і робить частинки Oh-My-God одними з найшвидших об'єктів із масою на Землі, проте не робить їх лідерами.

За словами фізика елементарних частинок з Університету Вісконсин-Медісон Джастіна Ванденбрука, насправді лідерство належить нейтрино. Частинка Oh-My-God, ймовірно, являє собою протон або принаймні протоноподібний — досить масивний у масштабі субатомних частинок. Маса нейтрино щонайменше в 10 мільярдів разів менша за масу протона, тому завдяки основним законам фізики воно може рухатися ще швидше, якщо йому дати таку саму кількість енергії.

Водночас фізик зазначає, що нейтрино можуть рухатися дуже швидко в теорії, на практиці їх досить складно зафіксувати. Однак учені провели експеримент, щоб перевірити це. Під час довгострокового експерименту на Південному полюсі команда помістила детектори всередині шматка льоду площею 1 кубічний кілометр — у такий спосіб вони мали намір виявити нейтрино.

Усередині льоду нейтрино з достатньою енергією може рухатися швидше за світло. Коли це високоенергетичне нейтрино стикається з ядром атома в льоду, воно може виробляти заряджені субатомні частинки, які також рухаються швидше за світло. Ці швидкі частинки випускають спалахи світла, відомі як черенківське випромінювання, завдяки чому нейтрино можна опосередковано виявити.

У 2016 році вчені досягли успіху. За словами фізика з Національної лабораторії Лос-Аламоса Білла Луїса, наскільки відомо команді, нейтрино є найшвидшими частинками з усіх, що коли-небудь спостерігалися. Жодна частинка з масою не може досягти швидкості світла у вакуумі, але якщо вона дуже легка і має багато енергії, вона може підібратися дуже близько.

У результаті Ванденбрук розробив свою шкалу згідно з "категорією дев'яток". Наприклад, щось, що рухається зі швидкістю 99,99% швидкості світла, матиме чотири дев'ятки; надшвидке нейтрино — матиме 33 дев'ятки, а частинка Oh-My-God — від 20 до 24 дев'яток. Водночас найвища швидкість, досягнута частинками у створених людиною прискорювачах частинок, як-от Великий адронний колайдер, матиме лише 7 дев'яток.

Раніше Фокус писав про те, що вчені створили об'єкт, який робить 300 мільярдів обертів за хвилину.