近日，物理学家针对大气中μ子(一种不稳定基本粒子)数量的实验数据与理论计算结果不符的现象，提出了一种新的解释。这些μ子源于高能宇宙射线与地球大气层的相互作用。

研究人员认为，理论计算出现偏差的原因可能是低估了此类射线的能量。目前，宇宙射线的能量通常依据普遍接受的标准模型规则和公式来估算，该模型描述了所有基本粒子的相互作用。然而，高能量下的新物理效应导致宇宙射线能量估计出现严重偏差，进而使得预期的μ子数量不准确。该研究由俄罗斯科学基金会(RSF)资助，研究结果已发表在《物理评论D》杂志上。

宇宙射线是具有巨大能量的基本粒子，持续从太空飞向地球。当它们进入大气层时，与空气物质发生碰撞，产生大量次级粒子(如质子、中子、介子等)。这些粒子继续相互作用或衰变，形成新一代粒子，最终形成所谓的大面积空气簇射，即可以在地球表面用探测器探测到的粒子雪崩。

同时，大规模空气簇射的产物——到达地球表面的粒子——携带着它们在大气上层形成之前发生的所有反应的信息。因此，借助这些粒子可以研究宇宙射线的传播特性和特征，以及高能基本粒子物理定律。然而，研究人员遇到了所谓的“μ子之谜”：地球上的探测器探测到的大气中广泛空气簇射的产物之一μ子的数量，比计算机模拟预测的要多得多。

俄罗斯科学院(莫斯科)核研究所和莫斯科国立M.V.罗蒙诺索夫大学的员工注意到，实验者通常根据地球上的电子数量来计算宇宙射线中初级粒子的能量。研究人员认为，这种方法可能导致错误的估计。如果初级粒子的能量被低估(即计算值低于实际值)，那么在大气中产生的μ子数量实际上会更大。这可能正是现代设施在实践中所观测到的现象。

“初级粒子的能量可能被低估，因为在最高能宇宙射线尺度上的物理学偏离了狭义相对论的预测。也就是说，具有普遍接受的粒子能量和动量关系的标准计算方法错误地恢复了能量。因此，我们假设在高能粒子流的情况下需要调整这一比例，”俄罗斯科学基金会资助项目的参与者、莫斯科国立大学研究生和俄罗斯科学院核研究所研究实习生安德烈·沙罗菲耶夫解释说。

为了验证这一假设，物理学家利用一种新的、高能修正的能量和动量关系，对广泛空气簇射的发展进行了数学建模。结果表明，在这种情况下，实际上可以解决“μ子之谜”：能量低估效应的模型幅度与研究广泛空气簇射的实验中测得的幅度相一致。

“尽管我们讨论的是能量尺度上的物理学，而这些物理学在实验室实验的标准下是完全不可信的，但我们提出的场景显然是可以测试的。如果我们在设施中测量介子光谱，并将其与考虑到初级粒子更高能量的模拟进行比较，我们应该会得到完全匹配的结果。但如果没有发现相似之处，那么，我们提出的解释仍然需要进一步验证，”俄罗斯科学基金会资助项目的参与者、莫斯科国立大学的研究生和俄罗斯科学院核研究所的实习研究员尼古拉·马尔蒂年科表示。