Как физики проверили запрет Паули на углероде экспресс

Оригинал: "New limits on the Pauli forbidden transitions in 12C nuclei obtained with the complete Borexino dataset"
arXiv:2604.08950 · 2026-04-10 · CC BY 4.0 · 1 мин
Детектор Borexino двадцать лет следил за углеродом — и не поймал ни одного запрещённого перехода.

📄 Показана версия «Просто» — «Подробно» пока не готова. Добавьте ★ в избранное, если хотите её ускорить.

В ядре атома углерода частицы сидят по своим «квартирам» — как жильцы, которые не могут занять одну и ту же комнату. Это правило физики называют принципом запрета Паули: два одинаковых обитателя ядра не могут находиться в одном и том же состоянии. Но что, если правило иногда нарушается? Тогда один «жилец» мог бы переехать в уже занятую комнату, а лишняя энергия ушла бы в виде вспышки света или вылетевшей частицы.

Детектор Borexino, спрятанный глубоко под итальянскими Альпами, четырнадцать лет следил за огромным баком жидкого сцинтиллятора — вещества, которое вспыхивает при попадании частиц. Учёные искали именно такие «неправильные переезды» в ядрах углерода: переходы, при которых частица занимает уже заполненное место. Но за всё время наблюдений детектор не зарегистрировал ни одного такого события.

Отсутствие сигнала — тоже результат. Оно позволило установить, что ядро углерода живёт по меньшей мере 10 в 32-й степени лет, прежде чем нарушит запрет Паули. Это число с тридцатью двумя нулями — в миллиарды миллиардов раз больше возраста Вселенной. Другими словами, если запрет Паули и нарушается, то настолько редко, что за всю историю космоса ни одно ядро углерода в детекторе этого не сделало.

Принцип Паули объясняет, почему вещество не схлопывается: электроны в атоме не могут занять одно и то же место, поэтому атомы сохраняют объём.

Стандартная модель физики частиц, в которую встроен запрет Паули, прошла ещё одну проверку. Теперь у нас есть самое строгое доказательство того, что это правило — не просто удобная выдумка, а жёсткий закон природы.

Оригинальная аннотация

как её написали авторы, на английском arXiv:2604.08950

The Pauli exclusion principle (PEP) was tested for nucleons in $$\rm{^{12}C}$$ nuclei using the Borexino dataset from 2007 to 2021. %the complete Borexino detector data. The approach consists of searching for $$\gamma$$-quanta, neutrons, protons, as well as electrons and positrons emitted in non-Paulian transitions of nucleons from the $$1P_{3/2}$$ shell to the filled $$1S_{1/2}$$ shell. Due to the uniquely low background level, the large mass, and long measurement time of the Borexino detector, the most stringent experimental constraints to date on the lifetime of the $$\rm{^{12}C}$$ nucleus with respect to PEP-forbidden transitions were obtained: $$\tau({^{12}\rm{C}}\rightarrow{^{12}\widetilde{\rm{C}}}+\gamma) \geq {1.1\times10^{32}}$$ y, $$\tau({^{12}\rm{C}}\rightarrow{^{11}\widetilde{\rm{B}}}+ p) \geq {1.0\times10^{31}}$$ y, $$\tau({^{12}\rm{C}}\rightarrow{^{11}\widetilde{\rm{C}}}+ n) \geq 2.0 \times 10^{31}$$ y, $$\tau({^{12}\rm{C}}\rightarrow{^{12}\widetilde{\rm{N}}}+ e^- + \widetilde{ u_e}) \geq 6.4 \times 10^{30}$$ y and $$\tau({^{12}\rm{C}}\rightarrow{^{12}\widetilde{\rm{B}}}+ e^+ + u_e) \geq 6.6 \times 10^{30}$$ y (90\% C.L.). The upper limits on the relative strengths for the non-Paulian electromagnetic, strong, and weak transitions have been obtained: $$\delta^2_{\gamma}\leq 1.0\times 10^{-57}$$, $$\delta^2_{N}\leq 7.0\times 10^{-61}$$ and $$\delta^2_{\beta}\leq 9.6\times 10^{-36}$$, all at 90\% C.L..

Запрет Паули был сформулирован Вольфгангом Паули в 1925 году, когда ему было всего 25 лет. За это открытие он получил Нобелевскую премию в 1945 году.

Учёные
Wolfgang PauliPaul DiracEmilio Gino SegrèPeter HiggsRichard FeynmanMarie Curie
Понятия
принцип Паули Borexino безнейтринный двойной бета-распад верхний предел статистика Ферми — Дирака