Гроза на Сатурне выдаёт частицы-невидимки экспресс
Грозовое облако копит электричество, как батарейка перед вспышкой. Разрядиться оно может двумя способами: молнией или рождением частиц с крошечным зарядом — их называют миллизаряженными. Такие частицы почти невидимы для приборов, но их след можно поймать по тому, как часто сверкают молнии.
Авторы работы сравнили грозы на разных планетах Солнечной системы. Оказалось, что лучше всего ограничения на миллизаряженные частицы дают грозы в атмосфере Сатурна. Если облака там слоистые, то заряд таких частиц должен быть больше одной десятисептиллионной доли заряда электрона. Это самые сильные ограничения для частиц-бозонов на сегодня.
Идея проста: если в грозе рождаются миллизаряженные частицы, они уносят энергию, и молний становится меньше. Сравнив, сколько молний мы видим и сколько ожидаем, можно вычислить, какие частицы могли украсть энергию. Так обычная гроза превращается в лабораторию для поиска новой физики.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2603.05338
We investigate the production of millicharged particles (mCPs) by the Schwinger mechanism in thunderstorms in the atmospheres of different planets in the Solar system. We consider a thundercloud as a giant capacitor that can be discharged in two ways: either by lightnings or by mCP production. Taking into account the observation of lightning strikes, we establish the constraints on the charge and mass of mCPs. We examine two types of cloud configurations: a simple arrangement of two clouds, and a more complex layered structure that gives rise to potential wells. In the latter case, we take into account the effects of Bose enhancement for scalar mCPs, and Pauli blocking for fermionic ones. We use the observational data of planetary atmospheres obtained by satellite missions to establish constraints on the charge and mass of mCP particles. The best constraints came from the observation of thunderstorms in Saturn's atmosphere under an assumption of layered cloud structure: $$q > 10^{-24}$$ for bosonic mCPs. These constraints for bosons are, to the best of our knowledge, the best in the literature.
Заряд в $10^{-24}$ от заряда электрона так мал, что на расстоянии метра такая частица притягивалась бы к обычному электрону с силой в миллиард раз слабее, чем два электрона друг к другу.
В сериале «Тёмная материя» частицы с дробным зарядом — ключ к пониманию скрытого сектора Вселенной.