Спустя десять лет тщательного сбора и анализа информации физики были вынуждены опровергнуть одну из самых известных гипотез о загадочных элементарных частицах.
Нейтрино — это очень мелкие частицы, которые практически не взаимодействуют с материей. Они могут пролетать сквозь целую планету, не прикоснувшись ни к чему. По Стандартной модели — основной теории физики элементарных частиц — выделяют три вида нейтрино: электронные, мюонные и тау-нейтрино. Эти частицы обладают уникальным свойством: они способны трансформироваться друг в друга в процессе осцилляции.
Тем не менее, в некоторых экспериментах исследователи фиксировали поведение нейтрино, которое не соответствовало предсказаниям Стандартной модели. Для объяснения этих аномалий была предложена гипотеза о существовании четвертого типа частиц — так называемых стерильных нейтрино. В отличие от своих «родственников», стерильное нейтрино не могло взаимодействовать с материей, кроме как через гравитацию, что затрудняло их обнаружение.
В целях поиска стерильных нейтрино в Национальной ускорительной лаборатории Ферми в США стартовал эксперимент MicroBooNE с использованием большого детектора, заполненного жидким аргоном, и двух независимых пучков нейтрино. Ученые внимательно отслеживали, как частицы ведут себя и меняют свой тип на протяжении движения. И, спустя десять лет работы, они были вынуждены с уверенностью в 95% исключить существование стерильных нейтрино.
«Наши результаты откроют новые направления в исследованиях нейтрино, так как нам все еще необходимо понять, что на самом деле происходит, — отмечает Эндрю Мастбаум, доцент физики Ратгерского университета и один из руководителей эксперимента. — Мы можем исключить главного подозреваемого, но это не разрешает полностью загадку физики нейтрино».
Надежность результатов обеспечивается тщательным учетом всех возможных источников ошибок: начиная от особенностей взаимодействия нейтрино с атомными ядрами и заканчивая точным числом частиц в пучке и характеристиками самого детектора.
Полученные данные имеют значительное значение для фундаментальной физики. Несмотря на всю свою успешность, Стандартная модель не объясняет такие явления, как темная материя, темная энергия или природа гравитации. Ученые продолжают исследования за пределами этой теории, и исключение одной из гипотез помогает сузить область поиска. Методы, разработанные в рамках MicroBooNE, уже используются для подготовки будущих экспериментов, включая масштабный проект DUNE — Глубинный подземный нейтринный эксперимент.
Фото: hi-tech.mail.ru