Пять километров под Луной: как протоны могут соединить квантовую механику и гравитацию

Исследование лунной породы может открыть возможность обнаружить распад протонов на другие частицы, что способно помочь в объединении противоречивых физических теорий.

Группа физиков предлагает пробурить скважину глубиной 5 километров на Луне, чтобы найти доказательства распада протонов. Если это необычное явление будет обнаружено, это может способствовать объединению несовместимых теорий в физике.

Стандартная модель физики элементарных частиц, являющаяся нашей текущей основой для понимания взаимодействий сил и частиц во Вселенной, утверждает, что протоны стабильны и существуют вечно. Однако эта модель имеет недостатки, такие как неспособность объединить квантовую механику с теорией относительности Эйнштейна, описывающей гравитацию.

Некоторые предлагаемые единые теории предполагают, что протоны могут распадаться на другие частицы, хотя это происходит крайне редко.

Если мы обнаружим доказательства распада протонов, это подтвердит правильность более полных моделей, которые пока не удавалось подтвердить в земных экспериментах.

Патрик Стенгель из Национального института ядерной физики в Ферраре, Италия, и его коллеги предлагают искать признаки распада протонов на каоны в глубинах Луны. Эти каоны состоят из двух кварков.

Ученые считают, что плотная лунная порода может сохранить свидетельства такого распада в изменениях минеральной структуры. Глубокое расположение образцов также защитит их от помех, таких как высокоэнергетические нейтрино.

На Земле многие нейтрино производятся космическими лучами, сталкивающимися с атмосферой, в то время как на Луне, лишенной атмосферы, они встречаются реже.

Стенгель и его команда рассчитали, что необходимая защита будет обеспечена только на глубине не менее 5 километров под поверхностью Луны. Для этого потребуется мощное бурильное оборудование, способное пробурить скважину. Например, Кольская сверхглубокая скважина в России достигла глубины более 12 километров.

Образец породы будет анализироваться на Луне с использованием современного микроскопического оборудования, так как транспортировка на Землю может привести к его загрязнению космическими лучами.

"Идея очень спекулятивная", — говорит Стенгель. "Нужно погрузиться на глубину 5 километров, извлечь лунные камни и использовать передовые методы микроскопии — это все очень сложно".

Несмотря на сложность, даже 100 граммов лунной породы может быть достаточно для поиска распадов протонов с большей чувствительностью, чем текущие земные проекты, такие как эксперимент по обнаружению нейтрино Супер-Камиока в Японии, который уже стоил сотни миллионов долларов и не может быть значительно увеличен.

"В основном, идея привлекательна", — говорит Дэвид Уотерс из Университетского колледжа Лондона. "Вместо огромных детекторов, весом тысячи тонн, которые работают несколько лет, можно исследовать небольшие образцы минералов весом всего в десятки или сотни граммов, которые фиксируют взаимодействия частиц на протяжении сотен миллионов лет".