Исследования нейтринных осцилляций дают надежду на объяснение доминирования материи над антиматерией. По крайней мере, в нашей Вселенной.

Нейтринный детектор Super-Kamiokande: стальной бак высотой 42 м и диаметром 40 м, заполненный 50 тыс. т особо чистой воды
На стенках размещены более 11 тыс. фотоумножителей
Детекторы очень чувствительны и реагируют на появление даже единичного фотона

Нейтрино — частицы, которые участвуют только в слабом и гравитационном взаимодействиях, но при этом практически не имеют массы. В результате, двигаясь с околосветовой скоростью, они с веществом практически не взаимодействуют: миллиарды и миллиарды нейтрино пролетают сквозь наше тело ежесекундно, никак на него не влияя. Они свободно проникают и даже всю толщу Земли, что делает их обнаружение очень и очень непростым. Подробнее о нейтрино читайте в нашей статье «Частица-призрак».

Нейтрино бывают одного из трех видов, «ароматов» — электронные, мюонные и тау-нейтрино — и способны переходить из одного в другой. Эти превращения называются нейтринными осцилляциями.

К примеру, мюонные нейтрино в больших количествах рождаются в ходе столкновения космических лучей с верхними слоями земной атмосферы. Еще в конце 1990х с помощью японского детектора нейтрино Super-Kamiokande было показано, что количества мюонных нейтрино, приходящих в детектор сверху, из атмосферы, выше, чем попадающих снизу, из толщи земных недр. Этот факт говорит о том, что в ходе движения сквозь Землю они превратились в нейтрино какого-то другого сорта.

Факт существования нейтринных осцилляций подтвержден и в ходе других экспериментов, на примере нейтрино, которые создаются в ходе превращений частиц на Солнце, в ядерных реакторах и коллайдерах. Однако все эти опыты рассматривали проблему примерно одинаково, фиксируя падение исходного числа нейтрино определенного аромата. Единственным исключением является итальянский детектор частиц OPERA, в ходе работы с которым было показано появление тау-нейтрино в составе пучка из мюонных нейтрино.

Однако в итоге к сегодняшнему дню физикам осталось наблюдать лишь превращение мюонных нейтрино в электронные. Это даст им картину третьего «угла» в «треугольнике», условно описывающем нейтринные осцилляции и переходы друг в друга нейтрино разных ароматов. Именно это и удалось, наконец, японским исследователям, работающим с детектором Super-Kamiokande.

В январе 2010 г. с расположенного в 295 км от детектора ускорителя J-PARC ученые направили на него пучок мюонных нейтрино. В общей сложности на ускорителе было проведено прядка 150*10

18 столкновений протонов с мишенью, в результате чего пучок составило примерно такое же число нейтринных частиц. Ну а среди мюонных нейтрино, попавших на детектор? шесть штук уже успели превратиться в электронные.

Эта цифра крайне невелика, да и вообще не слишком отличается от фонового шума. Однако к настоящему времени обработано лишь около 2% данных, необходимых для завершения эксперимента. А значит, сигнал должен проявиться, когда будет набран нужный объем — ведь намек на него уже имеется. Более того, некоторые учены уже сочли эти предварительные результаты интересными сами по себе, ведь интенсивность превращений оказалась достаточно высокой. Соответственно, более выраженными должны быть и другие эффекты, связанные с нейтрино — а значит, и легче их будет обнаружить.

Одним из таких эффектов является измерение скорости осцилляций не только для нейтрино, но и для соответствующих античастиц. Если они будут отличаться друг от друга, это явление станет зафиксированным примером нарушений СР-инвариантности, которые должны объяснять тот известный, но пока загадочный факт, что материи в нашей Вселенной намного больше антиматерии.

Подобные эксперименты выглядят намного легче реализуемыми в том случае, если скорость нейтринных осцилляций велика. Осталось дождаться окончательных результатов из Японии — ну а пока напомним об аналогичных работах, которые делаются по другую сторону Тихого океана: «Ускользающие частицы».

По публикации ScienceNOW