США и Япония объединили усилия для самых точных измерений нейтрино

Детектор NOvA в Миннесоте состоит из 344 000 отдельных ячеек длиной 15 метров каждая, заполненных смесью минерального масла и светоизлучающих химикатов. Автор: Рейдар Хан/Fermilab

Международная коллаборация экспериментов NOvA в США и T2K в Японии представила самые точные на сегодняшний день измерения нейтрино. Учёные объединили данные двух проектов, чтобы приблизиться к разгадке одной из главных тайн Вселенной — почему материя преобладает над антиматерией.

Оба эксперимента относятся к классу «длинной базы» — нейтрино путешествуют через земную кору на сотни километров. NOvA отправляет пучок частиц на 810 км из Фермилаба в Чикаго в детектор в Миннесоте, а T2K — на 295 км от Токаи до Камиоки в Японии.

Пример регистрации нейтрино: частица вошла слева и произвела мюон (длинная линия) и другие частицы. Автор: Caltech

Основная цель исследований — проверить, проявляют ли нейтрино и антинейтрино асимметричное поведение при смене «ароматов» (электронное, мюонное и тау-нейтрино). Такая асимметрия могла бы объяснить доминирование материи во Вселенной.

«Объединив эти два усилия, мы можем получить новое представление о том, как работают нейтрино», — говорит профессор физики Калифорнийского технологического института Райан Паттерсон.

Детектор NOvA в Миннесоте, куда нейтрино прибывают после 810-километрового подземного путешествия. Автор: Рейдар Хан/Fermilab

Совместные данные пока не позволяют определить порядок масс нейтрино — одну из фундаментальных загадок физики. Однако если будущие эксперименты подтвердят «инвертированный» порядок масс, это станет свидетельством асимметрии между нейтрино и антинейтрино.

В ближайшие годы учёные проанализируют больше данных, а к началу 2030-х годов вступят в строй новые эксперименты: DUNE в США, Hyper-Kamiokande в Японии и Jiangmen Underground Neutrino Observatory в Китае. DUNE с длиной базой 1300 км будет особенно чувствителен к определению порядка масс нейтрино.

Нейтрино — одни из самых загадочных элементарных частиц. В 1998 году детектор Super-Kamiokande обнаружил, что они обладают массой, что принесло первооткрывателям Нобелевскую премию по физике 2015 года. Несмотря на наличие массы, нейтрино чрезвычайно легки и способны беспрепятственно проходить сквозь вещество, за что их называют «призрачными частицами».