Российские ученые нашли новые доказательства существования стерильных нейтрино
Коллаборация «Нейтрино-4», возглавляемая НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ, в состав которой также входят Димитровградский филиал МИФИ и АО «ГНЦ НИИАР», представила доказательства в пользу существования нового, четвертого, типа нейтрино — стерильного. Эксперимент проводился на исследовательском реакторе СМ-3. Его результаты опубликованы в журнале JETP Letters, им же посвящен подробный пресс-релиз НИЦ «КИ».
Нейтрино и антинейтрино рождаются в результате ядерных и термоядерных реакций, протекающих в дальнем космосе. Эти «неуловимые» элементарные частицы крайне слабо взаимодействуют с веществом, беспрепятственно проникая сквозь звезды и планеты нашей Вселенной. Так, через каждый квадратный сантиметр земной поверхности ежесекундно пролетают около 1011 нейтрино, образовавшихся на Солнце.
В Стандартной модели нейтрино считаются безмассовыми и подразделяются на три поколения: электронные, мюонные и тау-нейтрино. У каждого из них есть свой «близнец» — антинейтрино. Такие античастицы производят атомные реакторы. Поток антинейтрино от атомного реактора достигает 1013 частиц в секунду.
Нейтрино разных поколений могут самопроизвольно превращаться друг в друга. Ученые называют это «нейтринными осцилляциями». За их открытие Артуру Макдональду и Такааки Кадзита присудили Нобелевскую премию по физике 2015 года. Дело в том, что превращения трех типов нейтрино друг в друга могут возникать только в том случае, если массы частиц не равны нулю. Таким образом, нобелевским лауреатам удалось доказать наличие у нейтрино массы — открытие, не вписывающиеся в рамки Стандартной модели.
Согласно одной из гипотез, кроме трех перечисленных поколений нейтрино существует еще и четвертое — стерильные нейтрино. Эти частицы не участвуют даже в слабом взаимодействии, отчего зарегистрировать их крайне сложно. По мнению многих ученых, именно они составляют загадочную темную материю.
«Мы видим лишь 4% нашей Вселенной, 74% приходятся на темную энергию, 22% — на темную материю. О существовании темной материи ученые знают лишь благодаря наблюдению за гравитационными эффектами, которые эти «призрачные» субстанции оказывают на видимые астрономические объекты, например, траекторию движения галактик», — эти слова главного автора исследования, заведующего отделом нейтронной физики НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ, член-корреспондента РАН Анатолия Сереброва приводятся в пресс-релизе.
Результаты исследования коллаборации «Нейтрино-4», возглавляемой НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ, указали на еще одно противоречие со Стандартной моделью. Это может означать, что ученым удалось обнаружить четвертое поколение нейтрино.
«Возникает естественный вопрос: как можно обнаружить стерильные нейтрино, если они не взаимодействуют с нашим веществом? Тем не менее это возможно по факту исчезновения потока антинейтрино в процессе осцилляций — переходе «обычных» нейтрино в стерильные и обратно», — пояснил А.Серебров.
«Статистическая значимость полученного результата равна примерно 3 сигма. При этом в физике принято дожидаться отклонений более пяти сигма, прежде чем уверенно заявлять об открытии. И хотя вопрос существования стерильных нейтрино остается открытым, наблюдаемые в эксперименте отклонения уже труднее назвать случайными», — объяснил А.Серебров.
Ученые планируют повысить точность эксперимента «Нейтрино-4». Для этого они собираются создать новую нейтринную лабораторию на реакторе СМ-3 — с усовершенствованной детекторной системой. В ходе следующего эксперимента специалисты планируют получить больше статистических данных.
Поиском стерильных нейтрино занимаются семь коллабораций по всему миру. По словам А.Сереброва, новый этап исследований планируется провести совместно с коллегами из ОИЯИ (Дубна) и коллаборации NEOS (Южная Корея).
Подтверждение результатов эксперимента «Нейтрино-4» может произвести революцию в физике элементарных частиц, что потребует расширения Стандартной модели и введения нового типа нейтрино, которые претендуют на роль частиц темной материи.
Светлана Беляева
Нет комментариев