Учёные сделали ещё один шаг к разгадке давней тайны физики — почему во вселенной есть какая-либо материя — благодаря новому совместному анализу, проведённому двумя ведущими экспериментами по изучению нейтрино в мире.
Объединив почти 16 лет измерений, эксперимент NOvA в США и эксперимент T2K в Японии создали наиболее точную картину того, как нейтрино и их античастицы трансформируются в процессе движения. Результаты, опубликованные 22 октября в журнале Nature, уточняют поиск тонких различий в поведении этих частиц — различий, которые могут помочь объяснить, почему материя одержала верх над антиматерией в ранней вселенной.
Если нейтрино и антинейтрино абсолютно симметричны, согласно Стандартной модели физики частиц, Большой взрыв должен был создать равные количества материи и антиматерии примерно 14 миллиардов лет назад. На самом деле, так как материя и антиматерия аннигилируют при контакте, совершенно сбалансированная вселенная должна была закончиться потоком чистой энергии. Тем не менее, современная вселенная состоит преимущественно из материи, что указывает на наличие некоего тонкого механизма, который дал материи небольшое и всё ещё таинственное преимущество в начале.
Подозреваемым в этом является нейтрино — призрачная, почти безмассовая частица, которая пронизывает вселенную, но редко взаимодействует с чем-либо. Именно поэтому учёные часто называют их «призрачными частицами». Физики долгое время задавались вопросом, ведут ли себя нейтрино и антинейтрино иначе таким образом, что это можно было бы обнаружить экспериментально. Даже незначительное несоответствие, известное как нарушение CP, могло бы пролить свет на то, как материя получила своё космическое преимущество.
«Хотя есть много неясного, главный экспериментальный вопрос таков: можем ли мы увидеть это нарушение симметрии в нейтрино, и если да, то насколько оно велико?» – отметил Райан Паттерсон, профессор физики в Калифорнийском технологическом институте и сопредседатель команды NOvA.
Часть того, что делает нейтрино такими неуловимыми и интригующими, это их способность менять свою сущность. Они существуют в трёх «вкусовых» состояниях, и, передвигаясь в пространстве, они осциллируют между этими типами, так как каждый вкус представляет собой смесь трёх масс. В процессе движения нейтрино меняют свои состояния, из-за чего частицы преобразуются из одного вкуса в другой.
Следуя за этими изменениями вкуса, учёные могут измерить крошечные разницы в массе, которые управляют осцилляциями нейтрино — а сравнивая поведение нейтрино с поведением антинейтрино, они могут исследовать нарушение CP.
Эксперимент NOvA, который расшифровывается как «NuMI Off-axis νe Appearance», выпустил пучок нейтрино из Фермилаб неподалёку от Чикаго в детектор, расположенный за 800 километров в Миннесоте. В то же время, японский эксперимент T2K отправил свой пучок на 295 километров от Японского протонного ускорителя Токай до массивного детектора Super-Kamiokande, похороненного на глубине около 1 километра под горой в Камиоке.
Поскольку эксперименты работают на различных расстояниях и энергиях, каждый из них захватывает комплементарные характеристики осцилляций нейтрино. Объединив свои данные, исследователи могут изолировать тонкие параметры, которые управляют трансформацией нейтрино.
Ключевым результатом совместного анализа является значительно уточнённое измерение одного из самых фундаментальных параметров осцилляции, известного как разделение массы нейтрино. Сотрудничество уже ограничило это значение до всего лишь 2%, что делает его одним из самых точных измерений, когда-либо зарегистрированных.
«Это основа для всех других измерений, которые мы проводим,» добавил Паттерсон, отметив, что этот прогресс открывает новые возможности для определения иерархии масс нейтрино, ещё не установленного порядка трёх состояний массы нейтрино.
Продолжая работы, учёные надеются не только лучше понять природу нейтрино, но и раскрыть загадки, связанные с существованием материи во Вселенной, а также дальнейшими шагами в этой области.
Поделитесь в вашей соцсети👇
Ваш комментарий