MicroBooNE не подтвердил существование «стерильных» нейтрино

Группа физиков, проводящая исследования на установке MicroBooNE в Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми (Fermilab), обнародовала результаты, которые ставят под сомнение реальность существования «стерильных» нейтрино. Эти гипотетические частицы долгое время рассматривались как наиболее вероятный фактор, объясняющий аномальные показатели, зафиксированные в ходе предшествующих научных изысканий.

Нейтрино представляют собой одни из самых распространенных объектов в материальном мире: согласно актуальным научным выкладкам, ежесекундно сквозь тело каждого человека беспрепятственно проносятся десятки триллионов таких частиц. Обладая лишь массой и участвуя исключительно в слабом и гравитационном взаимодействиях, они практически не вступают в контакт с веществом. Именно этот «неуловимый» характер делает изучение нейтрино критически важным для фундаментальной науки и одновременно чрезвычайно трудоемким процессом.

Классическая Стандартная модель постулирует наличие трех типов, или «ароматов», нейтрино. Их фундаментальной особенностью является способность к спонтанной трансформации одного вида в другой в процессе движения — феномен, получивший название нейтринных осцилляций. Однако в начале 2000-х годов результаты экспериментов LSND и MiniBooNE выявили отклонения, не укладывающиеся в рамки привычной теории. Одной из наиболее жизнеспособных гипотез стало предположение о существовании четвертого типа частиц — «стерильного» нейтрино, которое полностью игнорирует даже слабые ядерные взаимодействия.

Экспериментальная установка MicroBooNE была разработана специально для верификации данной теории. В ее основе лежит детектор на жидком аргоне — так называемая временная проекционная камера (LArTPC), позволяющая с беспрецедентной детализацией визуализировать акты взаимодействия нейтрино с ядрами аргона. В момент столкновения рождаются заряженные частицы, которые ионизируют среду, высвобождая электроны. Под воздействием интенсивного электрического поля они дрейфуют к сенсорам, формируя высокоточное трехмерное изображение события.

Тщательная обработка собранного массива данных показала, что сигналы, зафиксированные MicroBooNE, не содержат признаков превращения в стерильные нейтрино. Более того, эксперимент не подтвердил достоверность самих аномалий, наблюдавшихся в прошлом, что фактически дезавуирует ряд интерпретаций, включая сценарии, выходящие за пределы трехкомпонентной модели.

Ученые подчеркивают: полученные результаты не означают, что загадка прошлых аномалий окончательно разгадана. Тем не менее новые сведения существенно сужают область научного поиска и позволяют более корректно выстроить стратегию будущих изысканий. Исследование наглядно демонстрирует, что если за прежними отклонениями и стоит «новая физика», то она имеет принципиально иную природу.

Миссия MicroBooNE является важным звеном в комплексной программе Fermilab по изучению нейтрино на малых расстояниях (Short-Baseline Neutrino, SBN). Параллельно с этим международное сообщество ведет подготовку к запуску глобального проекта DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment). В рамках этого амбициозного эксперимента поток нейтрино преодолеет расстояние около 1300 километров, пройдя сквозь толщу земли от Иллинойса до сверхчувствительного детектора, расположенного в глубокой шахте в Южной Дакоте.

DUNE будет оснащен колоссальными LArTPC-детекторами и источником нейтрино с широким энергетическим спектром. Это позволит исследователям изучать осцилляции с ювелирной точностью, установить иерархию масс частиц и выяснить, существуют ли различия в поведении нейтрино и антинейтрино. Ответ на последний вопрос может стать ключом к пониманию причин доминирования материи над антиматерией во Вселенной.

Таким образом, итоги работы MicroBooNE не закрывают главу в нейтринной физике, а, напротив, делают исследовательский фокус более четким. Исключив одну из наиболее дискуссионных гипотез, физики получили выверенную карту для дальнейшего поиска явлений, лежащих за горизонтом Стандартной модели.

Источник: iXBT