У джунглях елементарних частинок полює на стерильних нейтрино Евентімюл Зілей
Автор: Катєліна Оана Курчану/Дата публікації: 16-08-2020 10:08
У полюванні на стерильні нейтрино, ті, які будуть гравітаційно взаємодіяти з речовиною, а отже, і з іншими нейтрино, був досягнутий новий успіх: експерименти MINOS + та Дайа Бей встановили найсуворіші межі існування цього типу нейтрино на сьогодні.
Нетрини - це елементарні частинки, які є частиною Стандартної моделі фізики частинок; вони не мають електричного заряду, лише слабо взаємодіють з речовиною і зустрічаються у трьох різних формах: електронних, мюонних та тауонних нейтрино. Нейтрино можуть подорожувати величезною кількістю речовини по всій планеті
наприклад, без взаємодії з речовиною. З цієї причини для їх дослідження потрібні величезні детектори, які містять якомога більше речовини.
Зараз відомо, що нейтрино мають масу, вона дуже мала, і до цих пір виміряти її не вдалося.
Нейтрино зазнають надзвичайно цікавого квантового процесу: так зване коливання - тобто воно переходить від одного типу нейтрино до іншого типу, коли він поширюється; таким чином, нейтрино, яке вирушає у шлях, що мюонні нейтрино можуть досягти детектора, який електронне або тауонне нейтрино.
Вимірювання цього коливання дає надзвичайно важливу інформацію про нейтрино. Минулі експерименти, такі як LSND у Національній лабораторії Лос-Аламоса та MiniBooNE у Фермілабі, дійшли висновку, що в коливанні нейтрино є щось химерне: надлишок електронних нейтрино, який буде
народжені коливанням мюонних нейтрино.
Щоб пояснити цей надлишок, але також з інших причин, дослідники запропонували існування так званих стерильних нейтрино; вони взаємодіють між собою
частинки лише гравітаційною взаємодією і відомі нейтрино можуть перетворюватися на стерильні нейтрино і навпаки, пояснюючи спостережувані аномалії.
Два нових експерименти проводили високоточні вимірювання коливань нейтрино; мова йде про MINOS + та затоку Дая. MINOS + вимірює зникнення мюонних нейтрино, утворених у Фермілабі після того, як вони поширюються під землею 735 км за допомогою детектора частинок в
Мінесота.
Дая-Бей використовує 8 детекторів у Китаї для вимірювання зникнення електронних нейтрино, випромінюваних шістьма ядерними реакторами.
Два експерименти об’єднали зусилля для пошуку стерильних нейтрино, але нічого не знайшли. Результати нещодавно були опубліковані в статті в журналі Physical Review Letters.
Навіть якщо вони не знайшли слідів стерильних нейтрино, обом колабораціям вдалося встановити нові межі можливого існування цієї загадкової частинки. Тому виявляється, що аномалії, що спостерігаються LSND
і MiniBooNE не спричинені стерильними нейтрино; це можуть бути експериментальні помилки або нові явища, які ми ще не виявили.
Нові обмеження стерильних нейтрино важливі з кількох точок зору. Цей тип частинок, якщо він існує, міг би бути частиною категорії темної матерії, яка, здається, домінує у Всесвіті та визначає, як галактики утворюються та еволюціонують. Темна матерія
він міг би складатися з ряду частинок, таких як нормальна речовина, включаючи стерильні нейтрино, які залежно від їх маси могли б більш-менш сприяти "вазі" темної матерії у Всесвіті.
Виходячи з нових обмежень, що накладаються на існування стерильних нейтрино, два експерименти, а також інші, продовжать полювання в цих джунглях на елементарні частинки, де стерильні нейтрино все ще могли ховатися.
Дослідження нейтрино надзвичайно цікаве і важливе: серед частинок, що входять до Стандартної моделі, є, мабуть, найцікавішими і можуть призвести до розшифровки багатьох таємниць, у тому числі пов’язаних із темним Всесвітом.
Стаття написана Катєліною Оаною Курчану, першим дослідником у галузі фізики елементарних частинок та ядерної фізики, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Рим, Італія) та співробітником Scientia.ro
Наші рекомендації
1 вересня 1967 року Ніку Чаушеску було 16 років, а до кінця місяця Ніколае Пенеш,…