Исследование: массы нейтрино вряд ли связаны с тёмной материей

Сравнение экспериментальных данных с теоретическими предсказаниями. Видно, что постоянные массы нейтрино в вакууме (синяя линия) значительно лучше соответствуют наблюдениям, чем сценарий с «тёмными» массами (зелёная линия). На графике показана вероятность выживания антинейтрино в зависимости от расстояния (L) к энергии нейтрино для эксперимента KAMLAND. Чёрные точки представляют данные экспериментов. Авторы: Чик, Визинелли и Чжан (PRL, 2025).

Нейтрино — фундаментальные частицы, не имеющие электрического заряда и обладающие крайне малыми массами. Они взаимодействуют с другой материей только посредством слабого взаимодействия или гравитации. Хотя эти частицы стали объектом многочисленных исследований, процессы, благодаря которым они приобретают свои массы, до сих пор остаются загадкой.

Одна из гипотез предполагает, что массы нейтрино возникают из-за взаимодействия с ультралёгкой тёмной материей — гипотетической формой материи, состоящей из частиц или полей с массами менее 10 электронвольт (эВ). Учёные из Шанхайского университета Цзяо Тун и Университета Салерно проверили эту гипотезу, сравнив данные эксперимента KamLAND (Kamioka Liquid Scintillator Antineutrino Detector) с теоретическими предсказаниями.

Их результаты, опубликованные в журнале Physical Review Letters, указывают на то, что массы нейтрино, скорее всего, не имеют «тёмного» происхождения.

«Мотивацией для этой работы стал один из самых актуальных открытых вопросов в физике частиц: происхождение масс нейтрино», — пояснил Лука Визинелли, ведущий автор исследования.

Учёные разработали теоретическую модель, в которой массы нейтрино возникают из-за взаимодействия с новыми частицами в «тёмном секторе». Они рассмотрели сценарий, где тёмная материя состоит из лёгких бозонных полей, колеблющихся с частотой, зависящей от массы бозона.

Анализ показал, что стандартные массы нейтрино в вакууме гораздо лучше согласуются с экспериментальными данными, чем модель, предполагающая их связь с тёмной материей. Это сужает круг возможных объяснений происхождения нейтринных масс и направляет будущие исследования в сторону более традиционных физических механизмов.

В дальнейшем учёные планируют использовать данные новых экспериментов, таких как JUNO и DUNE, для поиска возможных временных вариаций в параметрах нейтринных осцилляций. Кроме того, аналогичные методы могут быть применены к другим квантовым системам, таким как атомные часы или прецизионные магнитометры.

Дополнительная информация: Andrew Cheek et al, Testing the Dark Origin of Neutrino Masses with Oscillation Experiments, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/wyns-m4y5.