Очередной удар по Стандартной модели элементарных частиц готовы нанести исследования превращений нейтрино и антинейтрино.

Частицы-нейтрино неспособны участвовать ни в сильном, ни в электромагнитном взаимодействии, в результате вообще чрезвычайно слабо реагируя на наличие вещества вокруг. Длина свободного пробега — прежде, чем они столкнутся с другой частицей, у этих проныр достигает сотен световых лет, а наше тело ежесекундно пронизывают мириады нейтрино, без всякого видимого последствия.

Обладают нейтрино и другой интересной особенностью — способностью менять поколение («вид» нейтрино) или даже переходить в античастицу — антинейтрино. Процесс этот называется нейтринными осцилляциями. Теория нейтринных осцилляций объясняет целый ряд наблюдений (сделанных как в лаборатории, так и в природе), трудно объяснимых с других позиций. С другой стороны, для таких осцилляций нейтрино должен обладать собственной массой покоя, что не согласуется со Стандартной моделью, ведущей на сегодня теорией физики элементарных частиц.

Так как же обстоит в действительности дело с массой покоя нейтрино и с его осцилляциями? Для ответа на эти вопросы в знаменитом центре Fermilab под Чикаго стартовал проект MINOS. Здесь, в глубоком вакууме мощного ускорителя мишень бомбардируется высокоэнергетическими протонами, отчего производится целый зоопарк редких элементарных частиц — и пучок нейтрино. Этот пучок отправляется прямиком сквозь Землю, к бывшей шахте Судан в штате Миннесота, что в 735 км от Fermilab. Вспомним: нейтрино настолько слабо взаимодействует с веществом, что для него сотни километров грунта и породы просто незаметны.

Ну а глубоко в бывшей шахте и установлен детектор нейтрино MINOS, который позволяет вести точные замеры энергетического спектр мюонов, еще одного вида «легких» элементарных частиц, которые рождают мюонные нейтрино, испущенные в Fermilab.

Соответственно, если в этом энергетическом спектре обнаружится спад, мы сможем сказать, что часть мюонных нейтрино успело перейти в менее энергетически насыщенные таонные нейтрино (наблюдать которые непосредственно на детекторе невозможно). Другие характеристики этого спектра позволят вычислить отношение масс этих двух поколений нейтрино. Таков был план устроителей эксперимента MINOS, который начал работу в 2006 г. Довольно скоро им удалось установить это отношение.

Вскоре внимание исследователей обратилось к антинейтрино. Для постановки новых экспериментов немного параметры работы ускорителя в Fermilab были изменены, так что он стал производить пучок мюонных антинейтрино. Для детектора MINOS практическая разница невелика: антинейтрино в данном случае производили положительно заряженные мюоны (антимюоны), а не отрицательно заряженные (мюоны). Ну и, конечно, как обычные нейтрино, антинейтрино тоже должны осциллировать, что должно, в свою очередь, сказываться на результатах измерений антимюонов.

Измерения были проведены — но отношение масс покоя, полученное в случае двух поколений антинейтрино, оказалось аж на 40% меньше, чем для их «антиподов», обычных нейтрино. Это никак не укладывается в имеющиеся представления о том, что античастицы должны во всем походить на частицы, имея лишь противоположный заряд. Возможно, разница «набегает» за время путешествия частиц сквозь толщу Земли — ведь, в теории, нейтрино и антинейтрино должны слегка по‑разному взаимодействовать с материей. Однако именно «слегка»: по всем расчетам, эффект этой разницы настолько мал, что его можно и отбросить.

Ну а тогда причина расхождения становится совершенно неясной: получается, что у материи и антиматерии имеются и другие базовые различия? Тогда получается, это один из все увеличивающегося ряда экспериментов, результаты которых требуют пересмотреть некоторые подходы Стандартной модели? Возможно. В любом случае, полученных данных пока статистически недостаточно, чтобы теоретики вынуждены были отбросить все свои дела и заняться этим пересмотром. Но этот набор продолжает увеличиваться.

Подробнее о нейтрино и о том, какие хитроумные способы придумали ученые, чтобы поймать эту неуловимую частицу, читайте в нашей статье «Частица-призрак».

По сообщению PhysicsWorld.Com