Самые редкие превращения нейтрино происходят чаще, чем думали физики

ТАСС, 20 апреля. Физики из проекта Double Chooz получили максимально точные данные относительно того, как часто происходят самые редкие превращения одного типа нейтрино в другой. Это случается чаще, чем предсказывает теория и чем показывали предыдущие замеры, пишут ученые статье для научного журнала Nature Physics.

Нейтрино – это самые легкие и многочисленные элементарные частицы, которые взаимодействуют с окружающей материей только с помощью гравитации и так называемых слабых взаимодействий. В середине прошлого века физики выяснили, что существует три "сорта" подобных частиц – тау-, электронные и мюонные нейтрино, а также их противоположность – антинейтрино.

Чуть позже ученые обнаружили, что нейтрино разных видов умеют периодически превращаться друг в друга. Сам факт того, что такой процесс, так называемые нейтринные осцилляции, существует, указывает на то, что масса этих частиц не равна нулю, хотя некоторые ученые раньше так думали.

Физики уже несколько десятилетий наблюдают за этим процессом, пытаясь вычислить массу нейтрино по тому, как "охотно" разные типы этих частиц превращаются в два других их вида. Сделать это пока не удавалось из-за очень малой массы нейтрино, однако ученые продолжают эксперименты.

В частности, участники коллаборации Double Chooz, в том числе физики из Института ядерной физики РАН и Курчатовского института, уже почти три десятилетия пытаются измерить то, как часто электронное антинейтрино превращается в два других типа этих частиц, у которых, предположительно, совершенно иная масса.

Проблема сверхмалых величин

Для этого ученые отслеживают то, как много этих частиц "пропадает", превращаясь в другие типы нейтрино во время движения от реактора, построенного во французском городке Шооз, к двум детекторам, которые установлены в 400 и 1050 метрах от него глубоко под землей – для защиты от космических лучей.

Вероятность подобных превращений нейтрино, так называемый угол смешивания тета-13, крайне мала. Из-за этого ученые не могли точно сказать, чему он равен. Стандартная модель – теория, которая описывает большую часть взаимодействий всех известных сейчас науке элементарных частиц, – предсказывает, что его значение должно быть равно нулю. Однако еще в конце прошлого века физики выяснили, что это не так.

Более того, первые результаты наблюдений Double Chooz, опубликованные в 2012 году, указали на то, что это значение не только не равно нулю, но и выше того, что предсказывает теория. При этом ученые зафиксировали в спектре частиц некий набор странных искажений, которые заставили их задуматься о том, как особенности в работе реактора могли влиять на сбор и качество данных.

Последующие годы участники Double Chooz посвятили накоплению дополнительных данных и разработке новых методик поиска следов нейтрино, которые учитывали все возможные их взаимодействия с разными частицами. Это помогло ученым значительно уменьшить уровень помех и повысить качество замеров.

В частности, на этот раз ученые вычислили угол смешивания тета-13, отслеживая взаимодействия нейтронов, которые возникали внутри детекторов в результате столкновений нейтрино с атомами водорода. Подобный подход не только позволил им перепроверить ранние замеры, но и избежать шумов и прочих проблем, потенциально связанных с работой реактора.

Новые замеры не только подтвердили старые расчеты, но и указали на то, что угол смешивания на самом деле еще больше, чем раньше предполагали ученые. Подобные результаты, как отмечают физики, говорят в пользу различий в поведении и свойствах материи и антиматерии. Выяснить, что это за различия, помогут последующие наблюдения за самыми редкими превращениями нейтрино, надеются физики.