Нейтринная осцилляция: ключ к доминированию материи над антиматерией?

…Не зря же журнал Science назвал эксперимент в области нейтринной осцилляции одним из десяти научных достижений года.

Что же столь важное совершила американо-китайско-российско-чешская группа, известная как коллаборация Дайя-бэй? Ведь она всего лишь объявила об очередных результатах изучения нейтринных осцилляций, превращения электронного, мюонного либо таонного нейтрино в нейтрино другого сорта (поколения) или же в антинейтрино.

Эксперимент проводится в Дайя-бэй, что в полусотне километров к северу от Гонконга (КНР). Установка состоит из трёх нейтринных детекторов, источником антинейтрино для которых являются шесть атомных реакторов, располагающихся в полукилометре от самих детекторов. В проекте участвуют учёные из Института физики высоких энергий АН КНР, Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и Брукхэвенской национальной лаборатории (обе — США), а также специалисты российского Объединённого института ядерных исследований.

Антинейтринный детектор коллаборации Дайя-бэй (фото Heeger Group.)

Итак, согласно заявлению научной группы, sin2 (2θ₁₃) = 0,092 ± 0,017, где θ₁₃ соответствует одному из элементов матрицы Понтекорво — Маки — Накагавы — Сакаты, описывающей смешивания нейтрино и их переход в нейтрино другого сорта и антинейтрино, иными словами, сами нейтринные осцилляции. В верхней строке этой матрицы стоят так называемые углы смешивания тета-12, тета-23 и тета-13. И если два первых угла уже известны, то выяснение точного значения третьего, наименьшего, до сих пор не проводилось.

Именно θ₁₃, отражающая угол смешивания, который характеризует возможности нейтрино по осциллированию, была измерена научной группой с доселе невиданной точностью.

Самым неожиданным оказалось исчезновение примерно шести процентов электронных антинейтрино, порождённых реакторами, но так и не зарегистрированных детекторами. Разумеется, на деле они не исчезали, а переходили в другое состояние, становясь мюонными или таонными (собственно осцилляция). Теория такого явления, разработанная Бруно Максимовичем Понтекорво, утверждает, что вероятность обнаружения частицы определённого сорта в зависимости от прошедшего с момента создания частицы собственного времени будет периодически изменяться. Предполагается, что такие превращения являются следствием наличия у нейтрино массы. Именно на такие осцилляции принято списывать недостаток электронных нейтрино в потоке нейтрино от Солнца.

Иллюстрация Berkley Lab.

Хотя обнаружение ненулевого значения «угла смешивания» и было, по сути, целью эксперимента, мало кто ожидал, что этот угол окажется таким большим.

Кроме того, как отмечают физики, неперенормируемые операторы, составленные из полей Стандартной модели при определённой иерархии между ними, могут объяснить нейтринные осцилляции и барионную асимметрию Вселенной, то есть доминирование вещества над антивеществом в нынешней Вселенной. Факт такого доминирования, с одной стороны, вроде бы очевиден (если бы антивещества и вещества изначально было поровну, то они аннигилировали бы, исключив образование звёзд и пр.), а с другой — никак не объясняется в рамках Стандартной модели. Что и делает эксперимент в Дайя-бэй таким важным.

Большое значение угла тета-13 говорит, в частности, о том, что существует значимая асимметрия между нейтрино и антинейтрино (CP-нарушение), и это объясняет то, почему антиматерия во Вселенной сейчас не наблюдается, а материя, напротив, по всей видимости, доминирует.

Подготовлено по материалам Phys.Org.

blog comments powered by Disqus