Физики ЦЕРН закрыли последний пробел в изучении самых редких нейтрино
Ученые из проекта OPERA заявили об открытии десятого превращения мюонного нейтрино в тау-нейтрино и закрыли последний пробел в изучении их свойств, точно измерив особый "заряд", отличающий тау-нейтрино от тау-антинейтрино. Их выводы были опубликованы в журнале Physical Review Letters.
"Мы повторно изучили все данные, собранные нашими детекторами, используя абсолютно новую методику анализа, учитывающую то, как "выглядят" подобные превращения. Нам удалось также измерить лептонное число тау-нейтрино, параметр, отличающий их от их "близнецов"-антинейтрино", - заявил Джованни де Леллис (Giovanni de Lellis), официальный представитель коллаборации OPERA.
Детектор OPERA, установленный в подземной итальянской лаборатории Гран-Сассо в Альпах, начал работу в 2008 году и закончил в 2012 году. Он фиксирует поток нейтрино, идущий к нему сквозь 730-километровую толщу горных пород от ускорителя в ЦЕРНе. Цель детектора: обнаружить осцилляции нейтрино, способность частиц "переключаться" между тремя типами: электронными, мюонными и тау-нейтрино.
Способность нейтрино к осцилляциям возможна только в том случае, если эта частица имеет ненулевую массу. От наличия массы у нейтрино зависят оценки массы Вселенной, а значит представления о ее дальнейшей судьбе. Кроме того, ненулевая масса нейтрино может объяснить тот факт, что Вселенная состоит из материи, а антиматерии в ней практически нет, хотя в момент Большого взрыва должны были возникнуть равные количества того и другого.
От ЦЕРНа в Гран-Сассо идет поток мюонных нейтрино, и если детектор замечает появление в их потоке тау-нейтрино, это означает, что превращение действительно произошло. Возможность этого была официально доказана только в июне 2015 года, когда ученые обнаружили следы пятого подобного превращения в данных, собранных OPERA.
Это открытие, как отмечал еще тогда де Леллис, только доказывало существование нейтринных осцилляций, но не позволяло физикам раскрыть его свойства и понять, что отличает тау-нейтрино от их антиподов-антинейтрино.
Для ответа на эти вопросы физикам из ЦЕРН пришлось разработать новую методику поиска этих "неуловимых" частиц в данных с детекторов OPERA. Если раньше ученые искали их "вслепую", то теперь, благодаря прошлым открытиям следов тау-нейтрино, им удалось выделить несколько характерных черт, отличающих их от других частиц.
К примеру, столкновения тау-нейтрино с ядрами атомов порождают тау-лептоны с определенной энергией и очень четко выверенным направлением движения, что позволяет находить их следы по распадам подобных тяжелых "кузенов" электрона внутри детекторов установки OPERA.
Как отмечают физики, изначально они ожидали увидеть не пять, а примерно семь подобных событий. В реальности их было значительно больше - де Леллису и его коллегам удалось зафиксировать сразу десять случаев рождения тау-нейтрино. Это повысило статистическую значимость открытия подобных "перерождений" до шести сигма, что соответствует одной ошибке на миллиард попыток, и позволило ученым измерить лептонное число тау-нейтрино.
Под этим словом физики понимают особую квантовую характеристику, которая отличает античастицы от частиц обычной материи, к примеру, позитрон и электрон, и которая отвечает за "знак" заряда частиц, возникающих при взаимодействии электронных, мюонных и тау-нейтрино и атомных ядер. Эксперименты на OPERA показывают, что тау-нейтрино обладают тем лептонным числом - ноль, которое предсказывается стандартной моделью физики, что в очередной раз заставляет ученых гадать о том, откуда у нейтрино берется масса и куда пропала вся антиматерия Вселенной.
