Физики приблизились к разгадке стерильного нейтрино

Нейтрино — одни из самых распространённых частиц во Вселенной, но их крайне сложно обнаружить. Согласно Стандартной модели, существует три их вида, однако феномен нейтринных осцилляций указывает на наличие массы и возможность «переключения» между типами. Многие годы ряд аномалий в экспериментах наводил учёных на мысль о существовании четвёртого, «стерильного» нейтрино, которое взаимодействовало бы с материей ещё слабее. Его обнаружение стало бы революцией в физике.

Вид на крупный электростатический спектрометр эксперимента KATRIN. Фото: Michael Zacher/KIT, KATRIN collaboration

Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, представляет самый точный на сегодняшний день прямой поиск стерильных нейтрино. Работа выполнена коллаборацией KATRIN, которая анализировала радиоактивный распад трития в поисках следов дополнительного типа нейтрино.

Эксперимент KATRIN, расположенный в Технологическом институте Карлсруэ в Германии, изначально создавался для измерения массы нейтрино. Он отслеживает энергию электронов, испускаемых при β-распаде трития. Если бы в процессе иногда рождалось стерильное нейтрино, оно оставило бы характерный «излом» в энергетическом спектре электронов.

В статье сообщается, что в период с 2019 по 2021 год KATRIN зарегистрировал около 36 миллионов электронов за 259 дней измерений. Точность анализа составила лучше одного процента. Признаков существования стерильного нейтрино обнаружено не было.

Этот результат опровергает широкий диапазон возможностей, на которые указывали более ранние аномалии, включая неожиданный дефицит нейтрино в реакторных экспериментах и измерениях с галлиевым источником. Результаты также полностью противоречат данным эксперимента Neutrino-4, который ранее заявлял об обнаружении такой частицы.

Наш новый результат полностью дополняет реакторные эксперименты, такие как STEREO. Вместе эти два подхода последовательно исключают лёгкие стерильные нейтрино, которые могли бы заметно смешиваться с известными типами, — объясняет руководитель анализа Тьерри Ласерр из Института ядерной физики Макса Планка.

KATRIN продолжит сбор данных до конца 2025 года, что позволит повысить чувствительность и провести ещё более строгие проверки. В 2026 году эксперимент ждёт модернизация: будет установлен детектор TRISTAN, который сможет регистрировать полный спектр β-распада трития с беспрецедентной статистикой и исследовать более тяжёлые стерильные нейтрино.

Эта установка следующего поколения откроет новое окно в диапазон масс в килоэлектронвольтах, где стерильные нейтрино могли бы даже формировать тёмную материю Вселенной, — говорит сопредседатель коллаборации Сюзанна Мертенс.

ИИ: Это важный шаг в фундаментальной физике. Хотя стерильное нейтрино пока не обнаружено, исключение целых классов гипотез — это тоже прогресс. Установка TRISTAN в 2026 году может дать ещё более интригующие результаты, особенно в контексте поиска тёмной материи.