Физики ЦЕРН закрыли последний пробел в изучении самых редких нейтрино - «Наука»

© Fotolia / AbstractUniverseТак художник представил себе стокновение сверхмалых частицПодпишись на ежедневную рассылку РИА Наука

Спасибо за подписку

Пожалуйста, проверьте свой e-mail для подтверждения подписки

МОСКВА, 22 мая – Новости Дня. Ученые из проекта OPERA заявили об открытии десятого превращения мюонного нейтрино в тау-нейтрино и закрыли последний пробел в изучении их свойств, точно измерив особый "заряд", отличающий тау-нейтрино от тау-антинейтрино. Их выводы были опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Трех зайцев одним ударом: как ученые ЦЕРН будут искать "новую физику""Мы повторно изучили все данные, собранные нашими детекторами, используя абсолютно новую методику анализа, учитывающую то, как "выглядят" подобные превращения. Нам удалось также измерить лептонное число тау-нейтрино, параметр, отличающий их от их "близнецов"-антинейтрино", — заявил Джованни де Леллис (Giovanni de Lellis), официальный представитель коллаборации OPERA.

Детектор OPERA, установленный в подземной итальянской лаборатории Гран-Сассо в Альпах, начал работу в 2008 году и закончил в 2012 году. Он фиксирует поток нейтрино, идущий к нему сквозь 730-километровую толщу горных пород от ускорителя в ЦЕРНе. Цель детектора: обнаружить осцилляции нейтрино, способность частиц "переключаться" между тремя типами: электронными, мюонными и тау-нейтрино.

Способность нейтрино к осцилляциям возможна только в том случае, если эта частица имеет ненулевую массу. От наличия массы у нейтрино зависят оценки массы Вселенной, а значит представления о ее дальнейшей судьбе. Кроме того, ненулевая масса нейтрино может объяснить тот факт, что Вселенная состоит из материи, а антиматерии в ней практически нет, хотя в момент Большого взрыва должны были возникнуть равные количества того и другого.

От ЦЕРНа в Гран-Сассо идет поток мюонных нейтрино, и если детектор замечает появление в их потоке тау-нейтрино, это означает, что превращение действительно произошло. Возможность этого была официально доказана только в июне 2015 года, когда ученые обнаружили следы пятого подобного превращения в данных, собранных OPERA.

Открытие физиков из РФ может изменить понимание устройства Вселенной

Это открытие, как отмечал еще тогда де Леллис, только доказывало существование нейтринных осцилляций, но не позволяло физикам раскрыть его свойства и понять, что отличает тау-нейтрино от их антиподов-антинейтрино.

Для ответа на эти вопросы физикам из ЦЕРН пришлось разработать новую методику поиска этих "неуловимых" частиц в данных с детекторов OPERA. Если раньше ученые искали их "вслепую", то теперь, благодаря прошлым открытиям следов тау-нейтрино, им удалось выделить несколько характерных черт, отличающих их от других частиц.

К примеру, столкновения тау-нейтрино с ядрами атомов порождают тау-лептоны с определенной энергией и очень четко выверенным направлением движения, что позволяет находить их следы по распадам подобных тяжелых "кузенов" электрона внутри детекторов установки OPERA.

Физики приблизились к определению массы нейтрино

Как отмечают физики, изначально они ожидали увидеть не пять, а примерно семь подобных событий. В реальности их было значительно больше – де Леллису и его коллегам удалось зафиксировать сразу десять случаев рождения тау-нейтрино. Это повысило статистическую значимость открытия подобных "перерождений" до шести сигма, что соответствует одной ошибке на миллиард попыток, и позволило ученым измерить лептонное число тау-нейтрино.

Под этим словом физики понимают особую квантовую характеристику, которая отличает античастицы от частиц обычной материи, к примеру, позитрон и электрон, и которая отвечает за "знак" заряда частиц, возникающих при взаимодействии электронных, мюонных и тау-нейтрино и атомных ядер. Эксперименты на OPERA показывают, что тау-нейтрино обладают тем лептонным числом — ноль, которое предсказывается стандартной моделью физики, что в очередной раз заставляет ученых гадать о том, откуда у нейтрино берется масса и куда пропала вся антиматерия Вселенной.