Детекторы T2K и NOvA впервые объединили данные: погрешность замеров массы нейтрино снизилась до 2%

Международная группа учёных, включающая исследователей из России, впервые провела совместные наблюдения за процессом нейтринных осцилляций. Это явление подразумевает, что один вид нейтрино способен трансформироваться в две другие формы. Исследования были выполнены с помощью детекторов T2K в Японии и NOvA в США. Благодаря этим данным, специалисты смогли уменьшить погрешность при измерении разницы масс трёх типов нейтрино до двух процентов, а также сузить область поиска феноменов "новой физики", связанных со свойствами этих частиц. Об этом сообщает издание ТАСС Наука, ссылаясь на пресс-службу консорциума T2K-NOvA.

"Совместный анализ помог нам достичь значительно более высокой точности наблюдений, чем то, что было доступно каждому из приборов по отдельности. Как правило, эксперименты в области физики высоких энергий обычно сильно различаются, даже если они нацелены на решение одной и той же задачи. В данном случае эти различия помогли нам дополнить и обогатить собираемые данные", - пояснила научный сотрудник Объединенного института ядерных исследований Людмила Колупаева, чьи слова приводит пресс-служба консорциума T2K-NOvA.

Исследователи отмечают, что установки T2K и NOvA являются крупнейшими проектами, изучающими осцилляции нейтрино. Для этих целей на территории США и Японии были созданы специальные системы, состоящие из источников нейтрино и их детекторов. Эти устройства регистрируют перемещение частиц через сотни километров земных пород. Во время этого пути часть нейтрино изменяет свой тип, что позволяет учёным анализировать их характеристики и искать признаки "новой физики".

На протяжении многих лет физики активно исследуют различия в массах трёх видов нейтрино и антинейтрино. Существуют две основные научные гипотезы: первая предполагает, что две наиболее лёгкие вариации этих частиц имеют очень близкие массы, а третья форма значительно тяжелее; вторая теория гласит, что самая лёгкая форма нейтрино намного легче двух других, более массивных форм, которые обладают схожей массой.

Совместные измерения, проведённые с помощью комплексов T2K и NOvA, позволили физикам значительно снизить погрешность в определении максимальной разницы между массами нейтрино, уменьшив её до двух процентов. Учёные указывают, что это не даёт окончательного ответа о том, какая из двух теорий является верной. Тем не менее, полученные данные показывают, что если вторая концепция (предполагающая, что самая лёгкая форма нейтрино значительно легче двух других) окажется ближе к истине, это станет свидетельством существования "новой физики" и различий в свойствах материи и антиматерии.

Физики подчёркивают значимость этого аспекта, так как на данный момент нет объяснения, почему в современной Вселенной почти нет антиматерии, хотя, согласно расчётам, после Большого Взрыва её должно было возникнуть в равном количестве с обычной материей. Теоретически, обнаружение "новой физики" в процессе осцилляций нейтрино может помочь пролить свет на исчезновение антиматерии на ранних этапах формирования Вселенной.

Нейтрино представляют собой одни из самых лёгких и многочисленных элементарных частиц, которые взаимодействуют с окружающей средой исключительно посредством гравитации и так называемых слабых взаимодействий. В середине прошлого столетия физики установили наличие трёх типов этих частиц: тау-нейтрино, электронные нейтрино и мюонные нейтрино, а также их соответствующие античастицы.

Позднее исследователи выяснили, что нейтрино разных видов способны периодически трансформироваться друг в друга. Само существование этого процесса, известного как "нейтринные осцилляции", доказывает, что эти частицы обладают ненулевой массой, что противоречило первоначальным предположениям некоторых ранних теоретиков. Сегодня физики активно изучают эти превращения, стремясь точно определить массу каждого из трёх типов нейтрино и обнаружить физические явления, выходящие за рамки стандартной модели элементарных частиц.

Ранее мы писали, что изучение нейтрино и поиск «новой физики» остаются приоритетными задачами в современной физике. За последние 15 лет обсерватория IceCube и другие установки зарегистрировали чрезвычайно мощные космические нейтрино с энергией, превышающей один петаватт, источник которых был неизвестен. Недавно, в феврале 2023 года, американские физики, включая профессора Массачусетского технологического института Давида Кайзера, представили теоретические доказательства, предполагающие, что эти частицы, как событие KM3−230213A, могли образоваться в результате взрывов первичных черных дыр. Также, космический телескоп Джеймс Уэбб выявил существование древних галактик необъяснимо большой массы, что побудило специалистов MPIA предположить гипотезу о «черных звездах».