Частицы-призраки. Исследователи из США и Японии приблизились к разгадке тайны нейтрино
Внутри детектора Супер-Камиоканде (Фото: Камиоканде. Обсерватория Камиока, ICRR (Институт исследований космических лучей), Токийский университет)
Международная группа исследователей из США и Японии объединила результаты двух масштабных экспериментов — NOvA и T2K, чтобы создать самую точную на сегодня карту поведения нейтрино — самых неуловимых частиц во Вселенной.
Эти крошечные частицы, известные как «частицы-призраки», обладают уникальной способностью проходить сквозь вещество, почти не взаимодействуя с ним: каждую секунду миллиарды нейтрино пролетают сквозь каждого человека, не оставляя никакого следа.
Несмотря на десятилетия исследований, физики до сих пор не знают многих деталей о природе нейтрино. Выяснение их свойств может помочь ответить на фундаментальный вопрос: почему после Большого взрыва Вселенная состоит преимущественно из материи, а не из равных частей материи и антиматерии.
Нейтрино существуют в трех состояниях — электронном, мюонном и тау-нейтрино — и способны менять свой «аромат» во время движения. Это явление, известное как нейтринные осцилляции, означает, что частица, рожденная в одном состоянии, может «превратиться» в другое. Именно отслеживание таких изменений помогает понять роль нейтрино в эволюции космоса.
«Причина, почему нейтрино так интересны, заключается в том, что они меняют свой аромат, — пояснила доктор Зоя Валлари из Университета штата Огайо. — Представьте, что вы покупаете шоколадное мороженое, а по дороге оно превращается в мятное, и каждый раз, когда вы его касаетесь, оно снова меняется».
В эксперименте NOvA пучок мюонных нейтрино отправляется из Иллинойса к детектору в Миннесоте — на расстояние около 800 километров. В проекте T2K в Японии частицы пролетают от Токая до детектора Super-Kamiokande, расположенного глубоко под горами Камиока, на расстоянии около 300 километров. Объединение данных из двух разных установок позволило ученым лучше исследовать, как именно осциллируют нейтрино и чем они отличаются от своих антиподов — антинейтрино.
Обнаружение разницы между ними, известное как нарушение зарядовой четности (CP), может стать ключом к объяснению того, почему материя после Большого взрыва не была уничтожена антиматерией.
Хотя результаты еще не окончательные, исследование значительно расширило понимание поведения нейтрино и стало важным шагом к решению одной из самых больших загадок физики. Следующие эксперименты — DUNE в США и Hyper-Kamiokande в Японии — продолжат эти исследования, используя еще более мощные детекторы и длинные траектории частиц.
«Физика элементарных частиц подарила нам множество технологий, но главная движущая сила — это человеческое любопытство и стремление понять, кто мы и откуда взялись», — подытожила Валлари.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
