Физики приблизились к пониманию природы нейтрино
. Международная коллаборация «Дайя-Бэй» (Daya Bay) отчиталась об успехе в измерении ключевого параметра для понимания природы нейтрино — загадочной частицы, которая, как ожидают физики, способна объяснить главную тайну Вселенной. Пресс-релиз с результатами работы эксперимента обнародован министерством энергетики США.
Нейтрино — это электрически нейтральные субатомные частицы, которые известны своей неуловимостью и невероятной распространенностью. Появляясь в результате ядерных реакций (например, в Солнце), они бесконечно бомбардируют каждый сантиметр земной поверхности почти со скоростью света, но редко взаимодействуют с материей. Частицы могут пройти сквозь толщу свинца длиной в световой год, не потревожив ни единого атома.
Одна из определяющих характеристик этих частиц — способность менять «аромат». У нейтрино их три: мюонный (возникает при распаде пионов), электронный (рождается в ядерных реакторах) и тау-нейтрино (появляется при столкновении частиц в ускорителях). Нейтринный эксперимент «Дайя-Бэй» исследует свойства частицы, которые определяют вероятность таких превращений – так называемые углы смешивания. Если точнее, речь идет об угле смешивания тета-13 (значения двух других углов уже были известны).
Экспериментальная установка, размещенная в китайском Гуандуне, состоит из восьми больших цилиндрических детекторов частиц, погруженных в бассейны с водой глубоко под землей. Они улавливают световые сигналы, генерируемые антинейтрино, и исходящими от близлежащих атомных электростанций. Антинейтрино — это античастицы нейтрино, и они в изобилии производятся ядерными реакторами.
Чтобы определить значение тета-13, ученые из проекта «Дайя-Бэй» фиксировали нейтрино определенного аромата — в данном случае электронные антинейтрино — в каждой из подземных установок. Две из них находятся рядом с ядерными реакторами, а третья расположена в отдалении — таким образом обеспечивается достаточное расстояние для колебаний антинейтрино. Сравнивая количество электронных антинейтрино, уловленных ближним и дальним детекторами, физики подсчитали число «превращений» нейтрино и, следовательно, значение тета-13.
Впервые тета-13 было измерено в 2012-м, и с тех пор данные уточнялись. После девяти лет работы детектора и масштабного анализа данных физики смогли добиться точности, в два с половиной раза превышающей цель эксперимента. Ожидается, что ни один другой существующий или планируемый эксперимент не достигнет такого высокого уровня.
Точные значения тета-13 позволят ученым легче измерять другие параметры физики нейтрино, а также усовершенствовать модели субатомных частиц и их взаимодействия.
Исследуя свойства антинейтрино, физики могут получить представление о дисбалансе материи и антиматерии, наличием которого объясняется существование Вселенной. Ведь если бы такого дисбаланса не было — Вселенная бы аннигилировалась.
«Мы ожидаем, что между нейтрино и антинейтрино должна быть какая-то разница, — говорит физик из Беркли и сопредседатель проекта «Дайя-Бэй» Кам-Биу Лук. — До сих пор мы находили различия только между частицами и античастицами для кварков. Но этого недостаточно, чтобы объяснить, почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии. Возможно, нейтрино могут стать уликой».