Физики впервые объединили результаты двух крупнейших нейтринных экспериментов, чтобы разгадать одну из ключевых загадок Вселенной — почему после Большого взрыва материя одержала верх над антиматерией, и мы вообще существуем.
Результаты совместного исследования международной команды ученых из Японии и США стали значительным шагом к пониманию поведения нейтрино — загадочных частиц, которые могут хранить ключ к этому основному вопросу.
Согласно теории, в ранней Вселенной должно было существовать равное количество материи и антиматерии. При их столкновении происходит аннигиляция — взаимное уничтожение, преобразующее их в чистую энергию. Если бы этот баланс сохранился, Вселенная осталась бы пустой. Но каким-то образом материя одержала победу, и ученые предполагают, что разгадка заключается в необычном поведении нейтрино.
«Нейтрино плохо изучены. Их крошечные массы означают, что они 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.
Чтобы продвинуться к разгадке главной тайны Вселенной, ученые сравнили результаты миллионов столкновений нейтрино, зафиксированных экспериментами T2K и NOvA, проводившимися по разные стороны планеты. На ускорителях в США и Японии создаются мощные потоки нейтрино, которые направляются на сотни километров вглубь Земли, к детекторам, фиксирующим изменения в составе частиц по пути.
На пути нейтрино меняют свой «вкус» — переходят из одного типа в другой. Этот процесс называется нейтринными осцилляциями. Сравнивая, какие нейтрино вышли из источника и какие прибыли в детектор, ученые изучают 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», — подчеркнула Кендалл Мэн, профессор физики и астрономии Мичиганского университета и соруководитель эксперимента T2K.
Основная цель исследования — определить порядок масс нейтрино. Существует три типа нейтрино с разной массой, и ученые пытаются выяснить, какой из них самый легкий. От этого ответа зависит понимание того, нарушают ли нейтрино фундаментальную симметрию природы — ведут ли себя частицы и античастицы по-разному. Если так, это могло бы объяснить победу материи над антиматерией.
Пока результаты не дают окончательного ответа, но демонстрируют 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 информацию в этих экспериментах.
Фото: hi-tech.mail.ru