Logo
Cover

Нейтрино, почти невесомые и едва заметные субатомные частицы, возникающие в центре звезд и в результате ядерных реакций, ведут себя иначе, чем их двойники из антиматерии, сообщают японские ученые. Результат их исследований еще далек от окончательного, но эта асимметрия может стать ответом на загадку существования Вселенной.

Нейтрино бывают трех типов — электронные, мюонные и тау-нейтрино — и могут менять тип, двигаясь со скоростью, близкой к световой. Например, электронное нейтрино, вылетевшее из Солнца, может перед прибытием на Землю стать тау-нейтрино. Для того чтобы изучить эти изменения, физики проекта T2K выстрелили мюонными нейтрино или антинейтрино из протонного ускорителя J-PARC в расположенный на расстоянии 295 км нейтринный детектор «Супер-Камиоканде», подземную цистерну с 50 000 тоннами очищенной воды, окруженный 13 000 светочувствительных фотоэлементов.

В редких случаях нейтрино сталкивается с ядром в воде и превращается в мюон, отчего возникает волна света. Еще реже мюонное нейтрино трансформируется в электронное по пути к детектору. Тогда оно взаимодействует с водой, вырабатывая электрон, который создает еще более смутный круг на фотоэлементах, пишет Nature.

После десятка лет таких экспериментов ученые из T2K отследили всего 90 электронных нейтрино и 15 электронных антинейтрино. Этот результат достаточно значителен, чтобы они пришли к выводу: мюонные нейтрино превращаются в электронные при более высокой скорости, чем мюонные антинейтрино — в электронные антинейтрино.

Разница в скорости колебаний нейтрино и антинейтрино — это признак нарушения СР-инвариантности, симметрии, которая говорит о том, что физика должна выглядеть однаково и для частиц, и для античастиц. Однако некоторая СР-инвариантность необходима, потому что в ранней Вселенной явно было больше материи, чем антиматерии. Иначе эти частицы взаимно уничтожили бы друг друга.

Поиск СР-инвариантности среди нейтрино — намек на то, что в ранней Вселенной был более значительный источник асимметрии. Сами нейтрино слишком легкие для этой задачи, но каждый тип нейтрино может быть связан с намного более тяжелым стерильным нейтрино, которое могло изменить баланс. Обнаружение СР-инвариантности среди обычных нейтрино помогает поддержать эту гипотезу.

Результаты работы Т2К не окончательны — они позволяют говорить о нарушении симметрии лишь с вероятностью 95%, тогда как для уверенности физикам требуется 99,7%. Тем не менее, они вдохновляют ученых на новые исследования.    

В начале года международная команда ученых пришла к выводу, что традиционные объяснения происхождения нейтрино оказались неубедительными. Их анализ исключил единственное оставшееся астрофизическое объяснение аномальных событий, соответствующее Стандартной модели.