В суровых лесах северного Миннесоты команда исследователей не выслеживает призраков в традиционном понимании — они охотятся за одной из самых неуловимых частиц во Вселенной, способной пролить свет на фундаментальную тайну самого бытия.
Эти невидимые вестники называются нейтрино. Впервые о них заговорили в начале XX века, когда специалисты заметили аномалию: в ядерных реакциях не сходились баланс энергии и импульса. Энрико Ферми предложил назвать новую частицу «neutrino» — «маленькая нейтральная».
Триллионы нейтрино пролетают сквозь ваше тело каждую секунду. Они рождаются в недрах звёзд, при взрывах сверхновых, в ядре Солнца и даже на атомных станциях, но почти не взаимодействуют с материей. Из всех, что пронзают вас за всю жизнь, лишь единицы когда-либо вступят во взаимодействие.
Учёные Миннесоты являются участниками проекта NOvA и создали нейтринный детектор размером с двухэтажный Airbus A380. Они регистрируют частицы, приходящие из Фермилаб недалеко от Чикаго, пролетая сквозь более чем 800 км земной коры и прокалывая толщу их установки.
Спустя годы наблюдений и сканирования потриллионных потоков лишь несколько сотен нейтрино удалось захватить аппаратуре — достаточно, чтобы раскрыть их экзотические свойства.
Среди них особая особенность, способная пролить свет на парадокс «почему существует материя». Согласно стандартным моделям, материя и антиматерия должны были зародиться в равном количестве, однако во Вселенной доминирует обычная материя.
Антиматерия, противоположная по заряду материи, при контакте с ней аннигилирует, превращаясь в энергию. Любой процесс, создающий частицу, имеет зеркальный собрат, порождающий античастицу, — и статистически их должно быть поровну.
Но реальность иная: антиматерии почти не осталось. Всё возникшее на заре бытия взаимно уничтожилось бы в вспышках энергии, если бы не незначительное, но решающее преобладание материи примерно в соотношении один к миллиарду.
Многие физики полагают, что разгадка кроется в нейтрино, ведь они умеют менять свою «личину».
Существует три «вкуса» нейтрино: электронное, мюонное и тау-нейтрино. В процессе полёта частица может конвертироваться из одного типа в другой. Поэтому детекторы, расположенные на сотни километров от источника, фиксируют значительно меньше нейтрино исходного «вкуса», чем предполагалось.
Сравнивая ожидаемое число нейтрино с количеством зарегистрированных, учёные выясняют, какие ещё секреты скрывает эта частица.
В статье в Nature коллектив NOvA вместе с японскими коллегами представил результаты долгосрочных измерений: нейтрино могут нарушать фундаментальную симметрию заряда.
По классическим представлениям, электрический заряд в любой реакции сохраняется: частицы и античастицы должны рождаться одинаково. Однако нейтрино, похоже, допускают взаимодействия, где суммарный заряд меняется между началом и концом процесса.
Это открытие даёт новый взгляд на события ранней Вселенной, когда мощные нейтринные потоки могли инициировать цепочки реакций, отдавая предпочтение материи перед антиматерией.
Хотя данные пока не окончательны из-за «призрачной» природы нейтрино, они указывают на перспективное направление исследований.
Кто бы мог подумать, что ключ к пониманию того, почему существует «что-то» вместо «ничего», может скрываться в частице, о которой долгое время не подозревали?
