По мнению физиков, ранняя Вселенная должна была содержать равное количество вещества и антивещества. Поскольку эти частицы при встрече аннигилируют, они должны были полностью уничтожить друг друга. Однако, как мы видим, этого не произошло. Вещество каким-то образом выжило.

Многие исследователи считают, что ответ на эту загадку может скрываться в странном поведении нейтрино — мельчайших частиц, которые постоянно проходят сквозь нас, но редко взаимодействуют. Понимание процесса нейтринных осцилляций, при котором эти частицы по мере движения меняют свой «аромат», может помочь объяснить, почему вещество одержало победу над антивеществом.

T2K и NOvA — это эксперименты по исследованию нейтрино с так называемой длинной базой. В каждом из них сфокусированный пучок нейтрино направляется к двум детекторам: один вблизи источника, а другой в сотнях километров от него. Сравнивая результаты обоих детекторов, ученые отслеживают изменения нейтрино на протяжении пути. Поскольку эксперименты различаются по конструкции, энергии и расстоянию, объединение их данных дает более полную картину, пишет Science Daily.

Основное внимание в исследовании уделяется «упорядочению масс нейтрино», которое определяет, какой тип нейтрино является самым легким. Поскольку нейтрино существуют в трех массовых состояниях, каждый тип фактически представляет собой смесь этих состояний. Ученые пытаются определить, является ли распределение масс «нормальным» (два легких типа и один тяжелый) или «инвертированным» (два тяжелых и один легкий). В первом случае мюонные нейтрино с большей вероятностью становятся электронными, в то время как их античастицы— с меньшей. В втором случае происходит обратный процесс.

Дисбаланс между нейтрино и антинейтрино может означать, что эти они нарушают СР-инвариантность, то есть ведут себя не совсем так, как их зеркальные противоположности. Такое нарушение может объяснить, почему во Вселенной преобладает вещество.

Объединенные результаты NOvA и T2K пока не указывают однозначно на какое-либо из этих распределений масс. Даже если будущие исследования подтвердят нормальное распределение, ученым все равно потребуется больше данных, чтобы выяснить, нарушена ли CP-инвариантность. Но если окажется верным инвертированное распределение, то получится, как пишут авторы, что нейтрино действительно могут нарушать CP-инвариантность. предлагая мощный ключ к пониманию природы существования материи. Если нейтрино не нарушают CP-инвариантность, физики потеряют одно из своих самых сильных объяснений существования вещества.

Хотя эти результаты не решают загадку нейтрино полностью, они расширяют понимание ученых этих неуловимых частиц и демонстрируют пользу международного сотрудничества в области физики.

В конце лета заработала подземная нейтринная обсерватория «Цзянмэнь», расположенная на юге Китая. С помощью 20 000-тонного жидкостного сцинтилляционного детектора исследователи надеются раскрыть одну из величайших загадок физики элементарных частиц — истинный порядок распределения масс нейтрино.