Международный научный коллектив проекта «Дайя-Бэй» (Daya Bay) объявил о достижении значимого результата в измерении одного из ключевых параметров, играющих важную роль в изучении природы нейтрино — загадочных частиц, которые, как предполагают физики, могут пролить свет на фундаментальные загадки Вселенной. Итоги работы эксперимента были представлены в пресс-релизе, опубликованном Министерством энергетики США.
Нейтрино представляют собой нейтральные по электричеству субатомные частицы, известные своей чрезвычайной мимолетностью и широкой распространённостью. Они образуются в ходе ядерных процессов, к примеру, в недрах Солнца, и, перемещаясь почти со скоростью света, постоянно проходят через каждый квадратный сантиметр поверхности Земли, однако крайне редко взаимодействуют с веществом.
Такие частицы способны пройти насквозь свинцовый блок длиной в световой год, не вызвав никаких изменений в структуре атомов. Одной из особенностей нейтрино является их способность к смене так называемого «аромата».
Существуют три разновидности нейтрино: мюонное (появляется при распаде пионов), электронное (возникает в реакторах), а также тау- нейтрино (производится в результате столкновений в ускорителях частиц). Эксперимент «Дайя-Бэй» нацелен на изучение параметров, определяющих вероятность таких преобразований — углов смешивания.
Конкретно речь идёт об угле смешивания, обозначаемом как тета-13 (значения двух других углов уже были известны ранее). Устройство эксперимента расположено в провинции Гуандун (Китай) и включает восемь крупных цилиндрических детекторов, которые находятся под землёй в бассейнах с водой.
Эти детекторы регистрируют свет, возникающий вследствие взаимодействия антинейтрино, излучаемых работающими неподалёку атомными электростанциями. Антинейтрино — античастицы нейтрино, которые в больших количествах выделяются ядерными реакторами.
Для выявления значения тета-13 исследователи фиксировали электронные антинейтрино в каждой из подземных лабораторий. Два детектора установлены вблизи ядерных реакторов, а третий расположен на значительном удалении, что позволяет наблюдать явление колебаний этих частиц.
Сопоставляя количество обнаруженных электронных антинейтрино на ближних и дальних установках, учёные смогли определить число переходов между разными «вкусами» нейтрино и, соответственно, вычислить значение угла тета-13. Первый замер тета-13 был проведён в 2012 году, после чего параметры неоднократно уточнялись.
После девятилетних наблюдений и тщательной обработки собранных данных исследователям удалось добиться точности, превышающей изначальную цель проекта более чем в два с половиной раза. Ожидается, что ни один современный или планируемый эксперимент в ближайшем будущем не сможет превзойти этот результат.
Точное определение угла тета-13 облегчит учёным измерение других важных величин, связанных с физикой нейтрино, а также улучшит модели взаимодействий и свойств элементарных частиц. Исследование антинейтрино помогает понять, почему во Вселенной наблюдается перевес материи над антиматерией — фактор, ключевой для возникновения мироздания.
Ведь без подобного перевеса материя и антиматерия изначально должны были бы взаимно уничтожиться. «Мы предполагаем, что между нейтрино и антинейтрино должна существовать некоторая разница, — отмечает физик из Беркли и сопредседатель проекта «Дайя-Бэй» Кам-Биу Лук. — До этого момента различия были выявлены только для кварков, но этого недостаточно, чтобы объяснить преобладание материи во Вселенной.
Возможно, нейтрино окажутся ключом к разгадке.»