ТАСС, 15 апреля. Длительные наблюдения за превращениями нейтрино и антинейтрино в рамках проекта T2K помогли физикам выявить статистически значимые расхождения в свойствах материи и антиматерии. Статью с результатами их работы опубликовал научный журнал Nature.
"Хотя эти результаты и говорят о том, что нейтрино образуются гораздо чаще, чем антинейтрино, пока мы не можем со 100%-ной уверенностью сказать, нарушается ли симметрия между материей и антиматерией в данном случае. Для ответа на этот вопрос проект T2K обновит детектор, в результате чего погрешности замеров станут меньше и можно будет быстрее накапливать новые данные", – рассказали ученые.
Космологи предполагают, что во Вселенной в первые мгновения ее существования материи и антиматерии было примерно поровну. Все химические и физические свойства их частиц, за исключением заряда, должны были быть одинаковыми, если так называемая Стандартная модель – теория, которая описывает большую часть взаимодействий всех известных сейчас науке элементарных частиц, – не является неполной или ошибочной.
Как заметил академик Сахаров в 1967 году, это противоречит самому существованию реальности, так как все частицы материи и антиматерии должны были уничтожить друг друга, столкнувшись и проаннигилировав в первые мгновения после Большого взрыва. Поэтому ученые уже много десятилетий спорят о том, почему в обозримой Вселенной практически нет антиматерии.
Многие физики считают, что ответ на этот вопрос кроется в малейших различиях в свойствах, поведении и устройстве частиц антиматерии и материи. Недавно ученые нашли множество намеков на то, что подобные расхождения могут существовать – к примеру, в массах протонов и антипротонов. Однако пока ни одно из них ученые не подтвердили.
Подобные различия уже много лет пытаются открыть экспериментаторы, которые наблюдают за так называемыми осцилляциями нейтрино и антинейтрино – процессом превращения одного из трех "сортов" этих частиц в другой. Сам факт существования этого процесса указывает на то, что масса этих частиц обладают ненулевая, как на то указывает Стандартная модель.
Братья-близнецы из мира частиц
Один из самых успешных проектов подобного рода – T2K – проводится в Японии с 2008 года. Он состоит из двух частей – детектора нейтрино Super-Kamiokande, который находится в 600-метровой шахте рядом с городом Камиока, и ускорителя J-PARC – источника мюонных нейтрино и антинейтрино, который расположен в городе Токай, в 300 километрах от детектора.
Еще в 2013 году, наблюдая за превращениями мюонных нейтрино и антинейтрино в электронные версии этих частиц и наоборот, участники T2K зафиксировали первые намеки на то, что материя и антиматерия ведут себя по-разному. Эти замеры не были достаточно точны, чтобы можно было признать их полноценным научным открытием. Однако они упрочили подозрения ученых в том, что ответ на главную загадку Вселенной скрывается в поведении этих частиц.
Физики продолжили наблюдения и сфокусировали усилия на изучении одного из параметров этого процесса, который описывает вероятность превращения одних типов нейтрино и антинейтрино в другие сорта этих частиц. В том случае, если он равен нулю или числу пи, то тогда мюонные нейтрино и антинейтрино должны быть "зеркальными" копиями друг друга, превращаясь в другие типы частиц с одинаковым шансом. Если же это не так, то он будет другим, отличным и от нуля, и от пи.
В частности, анализ данных, собранных T2K за все время его работы, показывает, что этот параметр приобретает значение, при котором мюонные нейтрино превращаются в электронные версии этих частиц чуть чаще, чем это делают их "кузены" из мира антиматерии. Его текущее значение исключает возможность симметрии свойств нейтрино и антинейтрино с 95%-ной вероятностью.
Полученный результат по статистической значимости превышает предыдущие попытки измерить этот параметр. Однако пока этого не хватает, чтобы результаты наблюдений на T2K получили статус полновесного научного открытия. Как надеются ученые, новый детектор Hyper-Kamiokande, постройку которого правительство Японии одобрило в феврале этого года, решит эту задачу и докажет, что найденные ими различия в свойствах материи и антиматерии действительно существуют.
С российской стороны в проекте T2K участвовали специалисты Института ядерных исследований Российской академии наук.