Физики измерили ключевой параметр превращения нейтрино, чтобы разгадать тайну антиматерии
8 марта 2012 года
Участники эксперимента с нейтринными детекторами Дайя-бэй (Daya Bay Reactor Neutrino Experiment) по исследованию "превращений" нейтрино - ученые из Китая, США, Чехии и России - измерили ключевой параметр этих превращений, что позволит понять, почему во Вселенной доминирует материя и почти нет антиматерии, говорится в сообщении научной группы.
"Наши точные измерения закончат описание нейтринных осцилляций и проложат путь к пониманию асимметрии материи и антиматерии во Вселенной", - сказал руководитель проекта И Фан Ван (Yifang Wang) из китайского Института физики высоких энергий.
Нейтрино - электрически нейтральная элементарная частица, которая возникает в результате ядерных реакций разного типа, в частности на ядерных реакторах, или рождается на Солнце и попадает на Землю с космическими лучами. Она отличается крайне высокой проникающей способностью. Нейтрино может пролететь сквозь сотни метров бетона и "не заметить" препятствия.
Физиков интересует так называемая осцилляция нейтрино - способность частиц менять "аромат". Всего есть три "аромата" нейтрино: электронные (рождаются в ядерных реакторах), мюонные (при распаде пионов) и тау-нейтрино (возникают при столкновении частиц в ускорителях).
Участники эксперимента Дайя-бэй исследуют один из типов таких превращений - переход электронного нейтрино в тау- и мюонные нейтрино.
В эксперименте используются восемь детекторов, помещенных глубоко под землей в трех экспериментальных залах. Они будут фиксировать антинейтрино, которые генерирует ядерные реакторы электростанций на юге Китая. Первый, "ближний" экспериментальный зал с двумя детекторами находится в трети километра от электростанции Дайя-бэй, второй, тоже с двумя детекторами, - в полукилометре от электростанции Лин Ао.
Третий зал с четырьмя детекторами расположен в двух километрах от реакторов, на расстоянии, на котором антинейтрино достигают максимальной амплитуды своих "колебаний". Детекторы тщательно изолированы от космических лучей и заполнены веществом, сцинтиллирующим (дающим вспышки) при попадании нейтрино.
Для описания осцилляций нейтрино используют так называемую матрицу Понтекорво-Маки-Накагавы-Сакаты, в верхней строке которой стоят так называемые углы смешивания тета-12, тета-23 и тета-13. Первые два значения уже известны, а значение третьего, самого маленького, было ограничено сверху.
Теперь ученые заявили, что им, наконец, удалось измерить параметр тета-13.
"Эксперимент получил ненулевое значение для угла смешивания нейтрино тета-13 со статистической значимостью 5,2 стандартного отклонения (для открытия требуется уровень 5 стандартных отклонений)... Анализ показал, что квадрат синуса удвоенного угла тета-13 равен 0,092", - говорится в статье ученых.
Всего за 55 дней сбора данных ближние детекторы зафиксировали более 80 тысяч электронных антинейтрино, а дальние - 10,4 тысячи. При этом отношение ожидаемого и наблюдаемого числа антинейтрино составило 0,94.
Ненулевое значение угла тета-13 означает, в частности, что существует асимметрия между нейтрино и антинейтрино - так называемое CP-нарушение. Этот факт позволит объяснить, почему антиматерия во Вселенной исчезла, а материя сохранилась - ведь сразу после Большого взрыва антиматерия и материя должны были появиться в одинаковых долях.
"Все эффекты, связанные с CP-нарушением, исчезают, если тета-13 равно нулю", - сказал теоретик из Института перспективных исследования в Принстоне Пол Лангакер (Paul Langacker).
Эксперимент возглавляют ученые из китайского Института физики высоких энергий, Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (США) и Брукхейвенской национальной лаборатории (США). В нем также участвуют специалисты из Гонконга, Тайваня, Чехии и российского Объединенного института ядерных исследований в подмосковной Дубне.