Стерильные нейтрино могут сыграть роль в объяснении асимметрии материи и антиматерии или состава темной материи. Но пока это остается неясным.
Детектор нейтрино размером с автобус, установленный в Фермиевской национальной ускорительной лаборатории в США, исследовал аномалии предыдущих экспериментов со стерильными нейтрино. Согласно одной из моделей, детектор не подтверждает существование стерильных нейтрино, хотя и оставляет открытой возможность дальнейших исследований.
Стерильные нейтрино — это гипотетические правосторонние лептоны, которые, как считается, взаимодействуют только с гравитацией. Стерильные нейтрино также известны как четвертый тип нейтрино после активных нейтрино — электрона, мюона и тау-белка, которые, как известно, взаимодействуют со слабыми силами.
Хотя стерильные нейтрино никогда не были обнаружены, их существование предполагалось для объяснения аномалий, замеченных в предыдущих экспериментах, для обоснования массы нейтрино и даже для объяснения существования темной материи во Вселенной. Однако после изучения многолетних данных предыдущих экспериментов проект MicroBooNE в Фермиевской национальной ускорительной лаборатории с 95-процентной уверенностью исключил существование стерильных нейтрино.
Аномалии предыдущих экспериментов
Ученые изучают нейтрино, пропуская их через сцинтилляционные жидкости и регистрируя их взаимодействия. Затем эти записи используются для восстановления траектории нейтрино и характера их взаимодействия. Используя Стандартную модель, ученые вычисляют ожидаемое количество частиц, а разница между этим числом и наблюдаемым используется для определения существования стерильного нейтрино.
Предыдущие попытки изучения нейтрино неоднократно приводили к расхождениям в полученных данных. В 1995 году жидкостной сцинтилляционный нейтринный детектор в Лос-Аламосской национальной лаборатории обнаружил избыток электронных антинейтрино. Много лет спустя другой проект, MiniBooNE, также обнаружил избыток электронных нейтрино.
Позже в ходе Баксанского эксперимента по стерильным переходам (БЭСТ) в России с использованием 50-тонного резервуара с жидким галлием был обнаружен дефицит германия, который ученые объяснили взаимодействием электронных нейтрино с галлием.
Однако стерильное нейтрино по-прежнему остается неуловимым.
Что представляет собой проект MicroBooNE?
Проект MicroBooNE является преемником проекта MiniBooNE и состоит из двух линий пучка, которые доставляют нейтрино в детектор. Первая линия, линия пучка нейтрино в главном инжекторе (NuMI), имеет длину 680 метров, а вторая, линия пучка нейтрино-бустера (BNB), — 470 метров. Обе эти линии обеспечивают разные диапазоны энергий и, следовательно, разные записи взаимодействий в детекторе.
При изучении записей взаимодействий, полученных на разных линиях пучка, исследователи заметили дефицит электронных нейтрино на линии пучка BNB, в то время как на линии пучка NuMI дефицита не наблюдалось.
«Это первое в своем роде двухлучевое измерение — новаторский результат, который значительно сужает пространство параметров, в котором может существовать стерильное нейтрино», — заявила Соуджанья Голлапинни, физик и руководитель группы MicroBooNE, в пресс-релизе.
Исследователи предполагают, что нейтрино осциллируют, образуя более одного нейтрино, или же могут действовать и другие физические процессы, которые мы еще не до конца понимаем. Для этого исследователи надеются, что новые проекты детекторов, такие как двойные жидкоаргоновые детекторы на длинах волн 110 и 600 метров в рамках Программы изучения нейтрино на коротких базах и Глубоко подземного нейтринного эксперимента, помогут разгадать эту загадку.
«Новый результат, полученный с помощью MicroBooNE, является значительным шагом вперед в наших поисках происхождения множественных аномалий», — сказала Эрин Яндел, соруководитель группы физики осцилляций в рамках проекта. «Благодаря MicroBooNE в физике нейтрино появился новый инструмент, который другие эксперименты могут использовать для решения этой важной и захватывающей научной задачи».
Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature.
Sourse: interestingengineering.com
