Физики близки к раскрытию тайны существования четвертого типа нейтрино - «Наука»

arXiv.org

"В 2011 году наши коллеги заметили, что некоторые реакторы производят меньше антинейтрино, чем они должны. Эта аномалия заставила многих считать, что стерильные нейтрино должны существовать – в них, как считали тогда физики, могли превращаться "пропавшие" антинейтрино. Данные с "Дайя-Бэй" показали, что количество этих исчезнувших частиц зависит от доли урана-235 в ядерном топливе, что поставило под сомнение существование еще одной формы нейтрино", — заявил Патрик Убер (Patrick Huber) из университета Вирджинии в Блэксбурге (США).

Вселенская пропажа

Нейтрино представляют собой мельчайшие элементарные частицы, которые "общаются" с окружающей материей только посредством гравитации и так называемых слабых взаимодействий, проявляющих себя только на расстояниях, существенно меньших размеров ядра атома. К примеру, столкновение нейтрино и протона приводит к рождению нейтрона и позитрона.

Ученые не нашли следов новой физики в "самоуничтожении" нейтрино

В середине прошлого века ученые открыли, что существует три разных вида таких частиц — – тау, мюонные и электронные нейтрино и их "злые близнецы"-антинейтрино. Наблюдения за Солнцем в 1960 годах и эксперименты нобелевских лауреатов 2015 года, Артура Макдональда и Такааки Каджиты, показали, что нейтрино разных сортов умеют периодически превращаться друг в друга и обладают ненулевой массой.

Это открытие заставило многих физиков считать, что существует еще и четвертый тип этих частиц – так называемые "стерильные" нейтрино. Они должны обладать чрезвычайно большой массой по сравнению с "обычными" нейтрино и не взаимодействовать другой материей никаким образом, кроме как при помощи сил притяжения. Подобные частицы, как предполагают космологи, могут быть ключом к объяснению процесса расширения Вселенной, исчезновения антиматерии и ряда других загадок мироздания.

Физики приблизились к определению массы нейтрино

Ядерная разгадка

Убер и его коллеги, в том числе физики из Объединенного института ядерных исследований РАН в Дубне, усомнились в существовании таких частиц. Анализируя данные, полученные шестью детекторами "Дайя-Бэй" в ходе нескольких лет непрерывных наблюдений за реакторами на востоке Китая, ученые натолкнулись на странность, которую нельзя было объяснить существованием стерильных нейтрино.

Как рассказывают физики, число "пропавших" антинейтрино в потоке частиц, порождаемых АЭС "Линьао" и "Дайя-Бэй", странным образом зависело от того, как давно была загружена последняя порция ядерного топлива в их реакторы.

Физики из МГУ будут искать нейтрино под водой вместе с Европой

Проанализировав цикл разложения топлива и то, как менялся поток нейтрино, ученые пришли к выводу, что причиной этих колебаний было то, что уран-235, один из основных компонентов ядерного топлива, постепенно распадался по мере работы реактора.

Убер объясняет, что это связано с тем, что фактически вся цепочка осколков деления урана-235 вырабатывает антинейтрино по мере дальнейшего распада, тогда как другие компоненты ядерного топлива – уран-238, плутоний-239 и плутоний-241 – гораздо меньше замешаны в их рождении. В прошлом ученые не задумывались об этом, так как число антинейтрино, вырабатываемых в ходе распада урана-235, крайне сильно недооценивалось.

Физики ЦЕРН зафиксировали пятый случай превращения нейтрино

Все это, как отмечает ученый, указывает на то, что стерильных нейтрино, скорее всего, не существует, однако говорить об этом с 100% уверенностью пока нельзя. Проверить эту гипотезу, по словам Хубера, можно, используя особое ядерное топливо, высоко обогащенное ураном-235. Если эти выводы подтвердятся, то физикам придется искать какие-то новые объяснения тому, почему нейтрино обладают ненулевой массой за пределами Стандартной модели мира частиц.