Эксперимент KATRIN не нашёл следов стерильных нейтрино

Международная коллаборация KATRIN (Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment) представила в журнале Nature результаты самой точной на сегодняшний день прямой проверки гипотезы о существовании стерильных нейтрино. Анализ данных, собранных за 259 дней, не выявил признаков этой гипотетической частицы.

Вид внутрь большого электростатического спектрометра эксперимента KATRIN. Автор: Michael Zacher/KIT, KATRIN collaboration

Стерильные нейтрино — это предполагаемый четвёртый тип нейтрино, который, в отличие от трёх известных, не участвует даже в слабом взаимодействии. Его существование могло бы объяснить ряд аномалий, наблюдавшихся в экспериментах с реакторными нейтрино и галлиевыми источниками.

Эксперимент KATRIN, расположенный в Технологическом институте Карлсруэ (Германия), ищет стерильные нейтрино, измеряя с высочайшей точностью энергетический спектр электронов, рождающихся при бета-распаде трития. Если бы стерильное нейтрино существовало, оно оставляло бы характерный «излом» в этом спектре.

Транспортировка основного спектрометра KATRIN. Автор: KATRIN collaboration

Учёные проанализировали 36 миллионов электронов, зарегистрированных с 2019 по 2021 год. Точность измерений достигла уровня ниже одного процента, однако никаких признаков стерильного нейтрино обнаружено не было. Новые данные исключают значительную часть параметров, на которые указывали предыдущие аномалии, и полностью опровергают заявление эксперимента Neutrino-4, ранее сообщавшего о возможном обнаружении сигнала.

Новые данные KATRIN (чёрные точки) в значительной степени исключают области, на которые указывали более ранние аномалии. Автор: KATRIN collaboration

Как пояснил руководитель анализа Тьерри Ласерр из Института ядерной физики Макса Планка, результат KATRIN полностью дополняет данные реакторных экспериментов. Вместе они последовательно исключают лёгкие стерильные нейтрино, которые могли бы заметно смешиваться с известными типами.

Сбор данных в KATRIN продлится до конца 2025 года, что позволит увеличить статистику более чем в шесть раз и ещё больше повысить чувствительность. В 2026 году эксперимент будет модернизирован детектором TRISTAN, который откроет новое окно для поиска стерильных нейтрино в диапазоне масс килоэлектронвольт, где они, как предполагают некоторые теории, могут составлять тёмную материю Вселенной.