Нейтрино, меняющие «ароматы», могут объяснить загадку Большого взрыва
Мюонные, электронные и тау-нейтрино перерождаются друг в друга, и, как уверены физики, в такой метаморфозе скрываются секреты эволюции космоса.
Полина ТихоноваАвтор Hi-Tech Mail
Ученые из США и Японии впервые объединили данные двух крупных экспериментов и получили максимально точное представление о поведении нейтрино — крошечных частиц, почти не взаимодействующих с материей. Исследование охватило проекты NOvA в США и T2K в Японии, благодаря чему удалось проследить, как эти частицы видоизменяются во время движения.
Нейтрино пролетает сквозь тела и планеты почти незаметно, миллиарды этих частиц проходят через человека каждую секунду, не оставляя следа. Они бывают трех видов: электронные, мюонные и тау-нейтрино. Главная их особенность — способность трансформироваться из одного вида в другой, процесс, называемый осцилляцией.
Почему такое явление еще называют сменой «ароматов»? Термин «flavor» в физике элементарных частиц буквально переводится как «вкус», поэтому иногда мы можем увидеть метафорическое сравнение такой метаморфозы, ведь физикам иногда легче передать так вложенный смысл.
Отслеживание этих превращений дает ключ к пониманию, как материя смогла выжить после Большого взрыва, в отличие от антиматерии. В текущих экспериментах использовались длинные трассы. NOvA отправляет пучок нейтрино из Фермилаба в Иллинойсе к детектору в Миннесоте на расстояние около 810 км, T2K направляет поток из J‑PARC в Японии к Супер-Камиоканде на 295 км. Детекторы состоят из сотен тысяч отдельных ячеек, наполненных минеральным маслом с добавкой светящихся химических соединений. Проходящие частицы вызывают вспышки света, которые фиксируют фотодетекторы. Так исследователи фиксируют изменение «вкуса» нейтрино.
Когда ученые свели данные, им удалось уточнить разницу масс трех видов частиц с точностью около 2 %, а также изучить, ведут ли себя нейтрино и антинейтрино по-разному. Если разница подтвердится, это поможет понять, почему в нашей Вселенной оказалось больше материи, а не антиматерии.
Каждое измерение требует сложной электроники и точного синхронизированного времени. Пучки формируются при помощи ускорителей, направляющих заряженные частицы на мишени, где рождаются нейтрино. Датчики, установленные на глубине сотен метров под землей, защищены от космических лучей и шумов, поэтому они видят даже редкие взаимодействия.
NOvA и T2K используют разные энергии пучков и материалы детекторов, поэтому в итоге картина осцилляций получается более полной. Это открывает путь к новым проектам, таким как Deep Underground Neutrino Experiment в США и Hyper-Kamiokande в Японии, где будут еще более мощные ускорители и расширенные детекторы для анализа изменений нейтрино на огромных расстояниях.
Исследование стало заметным шагом к разгадке одной из главных тайн физики — природы этих невидимых частиц и их роли в эволюции Вселенной. Пока окончательных ответов нет, но ученые провели точные измерения, на которых будут строиться будущие открытия.
Ранее мы писали о том, что США «превратили» затерянный линкор в атомную подводную лодку водоизмещением 10 200 т.
Поделиться
