Физики впервые объединили результаты двух ведущих нейтринных экспериментов, чтобы попытаться разгадать одну из основных тайн Вселенной — почему после Большого взрыва материя одержала верх над антиматерией и мы существуем.
Результаты совместного исследования международной группы ученых из Японии и США представляют собой значимый шаг к пониманию поведения нейтрино — эфемерных частиц, которые могут содержать ответ на этот важный вопрос.
Согласно теории, в ранней Вселенной должно было существовать равное количество материи и антиматерии. При их встрече происходит аннигиляция — взаимное уничтожение, превращающееся в чистую энергию. Если бы этот баланс сохранялся, Вселенная осталась бы пустой. Однако по какой-то причине материя одержала верх, и ученые предполагают, что разгадка кроется в необычном поведении нейтрино.
«Нейтрино слабо исследованы. Их крошечные массы означают, что они крайне редко взаимодействуют с чем-либо. Сотни триллионов нейтрино от Солнца проходят через ваше тело каждую секунду, но почти все проходят насквозь», — поясняет Джозеф Уолш из Мичиганского университета.
Для того чтобы приблизиться к разгадке главной тайны Вселенной, ученые сопоставили данные миллионов столкновений нейтрино, зафиксированных в экспериментах T2K и NOvA, которые проводились на разных концах планеты. В США и Японии создаются мощные потоки нейтрино, направляемые на сотни километров вглубь Земли к детекторам, которые измеряют изменения в составе частиц по пути.
На своем пути нейтрино изменяют свой «вкус» — переходят из одного типа в другой. Этот процесс называется нейтринными осцилляциями. Сравнивая, какие нейтрино вылетели из источника и какие прибыли в детектор, ученые исследуют эти превращения. Объединив восемь лет данных NOvA и десять лет наблюдений T2K, исследователи смогли значительно повысить точность измерений.
«Это была значительная победа для нашей области. Мы продемонстрировали, что можем проводить такие тесты, изучать нейтрино более детально и успешно сотрудничать», — отметила Кендалл Мэн, профессор физики и астрономии Мичиганского университета и соруководитель эксперимента T2K.
Основная цель исследования — определить порядок масс нейтрино. Существует три типа нейтрино с различной массой, и ученые пытаются выяснить, какой из них самый легкий. Ответ на этот вопрос имеет значение для понимания того, нарушают ли нейтрино фундаментальную симметрию природы — ведут ли себя частицы и античастицы по-разному. Если это так, это может объяснить, почему материя преобладает над антиматерией.
На данный момент результаты не дают однозначного ответа, но подчеркивают силу международного сотрудничества. В проекте NOvA участвуют более 250 ученых из 49 институтов восьми стран, а в T2K — более 560 специалистов из 75 организаций 15 государств. Команды начали совместную работу в 2019 году. Ученые продолжают собирать данные в этих экспериментах.
Фото: hi-tech.mail.ru