Международная коллаборация NovA, в которую входят ученые из Института ядерных исследований РАН, Физического института им. П.Н. Лебедева РАН и Объединенного института ядерных исследований, официально подтвердила наблюдения по превращению (осцилляции) нейтрино из одного типа в другой. Открытие окончательно подтверждает гипотезу о возможности осцилляций, высказанную советским физиком Б.М. Понтекорво в 1957 году. Также оно имеет большое значение для решения проблемы солнечных нейтрино. Об этом сообщает пресс-релиз NovA, поступивший в редакцию.
Осцилляцией нейтрино называют процессы спонтанного превращения нейтрино (электронного, мюонного или таонного) в нейтрино другого сорта (поколения) или же в антинейтрино. Превращения нейтрино трудно наблюдать: это очень быстро движущиеся частицы, которые практически невозможно удерживать на месте, а вероятность осцилляции тем выше, чем дольше время наблюдения. Именно из-за этого гипотеза о превращении разных типов нейтрино была высказана еще в 1957 году советско-итальянским физиком Бруно Понтекорво, но подтвердить ее экспериментально полностью удалось только в наше время, через 60 лет.
Чтобы решить проблему наблюдения за нейтрино в эксперименте NovA, проходящего на базе мощностей американской Фермилаб, используется очень большая база для наблюдений — длиной 800 километров. Также там применяются сразу два больших детектора частиц: меньший — в Фермилабе, вблизи источника нейтрино, и намного больший — на расстоянии более 800 км для измерения потоков мюонных и электронных нейтрино и антинейтрино. Подсчитывая количество разных типов нейтрино и антинейтрино на обоих концах наблюдательной базы, эксперимент должен был показать, идут ли какие-либо превращения при разных комбинациях таких частиц.
Увы, для накопления действительно большой статистики по подобным событиям потребовалось немало времени. Поэтому, хотя сам факт осцилляции нейтрино был показан и ранее, подтвердить его для превращений мюонного антинейтрино в электронное антинейтрино удалось только сейчас.
После анализа данных физики обнаружили 18 событий — взаимодействий электронных антинейтрино, убедительно доказав, что мюонные антинейтрино превращаются в электронные. Если бы антинейтрино не осциллировало, то ученые зарегистрировали бы на дальнем детекторе не более пяти событий-кандидатов. Кроме того, с 2014 по 2017 год в ходе эксперимента на дальнем детекторе было зарегистрировано 58 событий взаимодействия электронных нейтрино, которые появились в результате осцилляций мюонных нейтрино.
Сложность доказательства превращений именно для антинейтрино в том, что генерировать их пучки для эксперимента гораздо сложнее, чем нейтринные. К тому же антинейтрино с меньшей вероятностью взаимодействует в детекторе.
Теперь основной целью эксперимента NovA является измерение и сравнение вероятностей осцилляций мюонных нейтрино и антинейтрино в электронные. Точные измерения этих вероятностей позволят ученым определить, какой из трех типов нейтрино является самым легким, а какой самым тяжелым, то есть установить иерархию масс нейтрино.
«Результаты совместного анализа данных об осцилляциях мюонных нейтрино и антинейтрино в электронные указывают с достоверностью двух стандартных отклонений на то, что иерархия масс нейтрино является нормальной. Это значит, что электронные нейтрино являются самыми легкими, а тау-нейтрино — самыми тяжелыми», — сказал участник эксперимента NovA из Института ядерных исследований РАН, ведущий научный сотрудник Анатолий Буткевич.