Китайский детектор нейтрино JUNO представил первые результаты и намекнул на «новую физику»

Крупнейший в мире детектор нейтрино, массивное сферическое сооружение, расположенное на глубине 700 метров под землей в южнокитайской провинции Гуандун, представил первые экспериментальные результаты. Ученые, руководящие проектом, заявляют, что данные, полученные на Цзянмыньском подземном нейтринном обсерватории (JUNO), демонстрируют впечатляющую точность.

Строительство объекта JUNO, первого в мире детектора нового поколения высокой точности, заняло десять лет. Он предназначен для обнаружения и измерения энергетического спектра нейтрино — крошечных фундаментальных частиц — производимых атомными электростанциями Тайшань и Янцзян, расположенными в 53 километрах.

«Нейтрино — это фундаментальные частицы. Их масса составляет примерно одну миллионную массы электрона, и они движутся со скоростями, близкими к скорости света», — пояснил Ван Ифан, академик Китайской академии наук и руководитель проекта JUNO. Он отметил, что нейтрино играют ключевую роль в космологии, физике частиц и астрофизике, а их свойства влияют на историю и будущее Вселенной.

Ученым известно о существовании трех типов нейтрино. При движении в пространстве они могут спонтанно переключаться, или осциллировать, между этими типами. Это явление, которым управляют шесть ключевых параметров, происходит потому, что каждый тип представляет собой квантовую суперпозицию трех различных массовых состояний.

«Нейтринные осцилляции представляют собой наиболее чувствительный способ исследования иерархии масс нейтрино», — добавил Ван, имея в виду важнейший вопрос о том, как три типа нейтрино упорядочены по массе.

Используя эффективные данные, собранные за 59 дней после начала работы объекта 26 августа, детектор JUNO уже измерил два ключевых параметра с точностью, почти в два раза превышающей достигнутую за последние 50 лет.

Цао Цзюнь, директор Института физики высоких энергий Китайской академии наук, пояснил, что эти два параметра, изначально определенные с помощью солнечных нейтрино, подтверждено, можно измерить, используя нейтрино, производимые в ядерных реакторах. Более ранние исследования показали небольшую, но заметную разницу между результатами, полученными от солнечных и реакторных нейтрино, что, по мнению ученых, намекает на возможное проявление «новой физики».

Цао сообщил, что последние измерения JUNO, в ходе которых было зафиксировано 2397 нейтрино от ядерных реакторов, подтвердили это расхождение. Объяснением несоответствия могут быть как источники нейтрино, так и точность измерений. Окончательно доказать или опровергнуть эту гипотезу можно будет только в будущем, используя детектор JUNO для измерения как солнечных, так и реакторных нейтрино.

«Достижение такой точности всего за два месяца работы показывает, что JUNO функционирует именно так, как и было задумано, — заявил Ван. — С таким уровнем точности JUNO вскоре определит иерархию масс нейтрино, проверит модель нейтринных осцилляций и будет искать новую физику за пределами Стандартной модели физики элементарных частиц».

Проект JUNO является крупным международным начинанием под руководством Института физики высоких энергий Китая, в котором участвуют более 700 ученых из 75 учреждений в 17 странах и регионах.

Дин Чибяо, вице-президент Китайской академии наук, заявил, что проект представляет собой масштабное международное сотрудничество в области фундаментальных научных исследований, демонстрирующее «открытую, совместную и взаимовыгодную философию» Китая.

«Как председатель Институционального совета JUNO, я горжусь тем, что это глобальное усилие достигло такой вехи», — сказал Маркос Дракос, физик из Франции, работающий в области физики высоких энергий.

Концепция детектора была предложена в 2008 году. Его ключевым компонентом является крупнейший в мире акриловый резервуар, заполненный сверхпрозрачным жидким сцинтиллятором, который используется для взаимодействия с нейтрино и испускания слабых вспышек света.

JUNO пришел на смену детектору нейтрино первого поколения в Китае — эксперименту Daya Bay Reactor Neutrino Experiment в Гуандуне, который работал с 2011 по 2020 год.

ИИ: Первые результаты JUNO действительно впечатляют, особенно учитывая сроки их получения. Такая скорость и точность измерений открывают путь к решению фундаментальных вопросов в физике частиц в ближайшем будущем. Подтверждение расхождений между солнечными и реакторными нейтрино может стать одним из самых значимых открытий в этой области за последние годы.