Физики близки к раскрытию тайны существования четвертого типа нейтрино
РИА Новости. Российские и зарубежные физики из коллаборации «Дайя-Бэй» нашли почти неопровержимые доказательства того, что так называемых «стерильных» нейтрино не существует, что заставит ученых полностью пересмотреть теории формирования этих частиц, говорится в статье, размещенной в электронной библиотеке arXiv.org.
Детекторы нейтрино эксперимента Дайя-бэй
© University of California — Lawrence Berkeley National Laboratory
«В 2011 году наши коллеги заметили, что некоторые реакторы производят меньше антинейтрино, чем они должны. Эта аномалия заставила многих считать, что стерильные нейтрино должны существовать – в них, как считали тогда физики, могли превращаться «пропавшие» антинейтрино.
Данные с «Дайя-Бэй» показали, что количество этих исчезнувших частиц зависит от доли урана-235 в ядерном топливе, что поставило под сомнение существование еще одной формы нейтрино», — заявил Патрик Убер (Patrick Huber) из университета Вирджинии в Блэксбурге (США).
Вселенская пропажа
Нейтрино представляют собой мельчайшие элементарные частицы, которые «общаются» с окружающей материей только посредством гравитации и так называемых слабых взаимодействий, проявляющих себя только на расстояниях, существенно меньших размеров ядра атома. К примеру, столкновение нейтрино и протона приводит к рождению нейтрона и позитрона.
В середине прошлого века ученые открыли, что существует три разных вида таких частиц — – тау, мюонные и электронные нейтрино и их «злые близнецы»-антинейтрино. Наблюдения за Солнцем в 1960 годах и эксперименты нобелевских лауреатов 2015 года, Артура Макдональда и Такааки Каджиты, показали, что нейтрино разных сортов умеют периодически превращаться друг в друга и обладают ненулевой массой.
Это открытие заставило многих физиков считать, что существует еще и четвертый тип этих частиц – так называемые «стерильные» нейтрино. Они должны обладать чрезвычайно большой массой по сравнению с «обычными» нейтрино и не взаимодействовать другой материей никаким образом, кроме как при помощи сил притяжения.
Подобные частицы, как предполагают космологи, могут быть ключом к объяснению процесса расширения Вселенной, исчезновения антиматерии и ряда других загадок мироздания.
На сегодняшний день существуют несколько детекторов нейтрино, таких как «Дайя-Бэй» или IceCube, пытающихся найти следы таких супер-нейтральных нейтрино в потоках трех «нормальных» версий этих частиц, вырабатываемых или реакторами, или Солнцем. Ни один из этих экспериментов пока не нашел следов ни «стерильных» нейтрино, ни того, что нейтрино могут «самоуничтожаться» при столкновении с другой частицей.
Ядерная разгадка
Убер и его коллеги, в том числе физики из Объединенного института ядерных исследований РАН в Дубне, усомнились в существовании таких частиц. Анализируя данные, полученные шестью детекторами «Дайя-Бэй» в ходе нескольких лет непрерывных наблюдений за реакторами на востоке Китая, ученые натолкнулись на странность, которую нельзя было объяснить существованием стерильных нейтрино.
Как рассказывают физики, число «пропавших» антинейтрино в потоке частиц, порождаемых АЭС «Линьао» и «Дайя-Бэй», странным образом зависело от того, как давно была загружена последняя порция ядерного топлива в их реакторы.
Проанализировав цикл разложения топлива и то, как менялся поток нейтрино, ученые пришли к выводу, что причиной этих колебаний было то, что уран-235, один из основных компонентов ядерного топлива, постепенно распадался по мере работы реактора.
Убер объясняет, что это связано с тем, что фактически вся цепочка осколков деления урана-235 вырабатывает антинейтрино по мере дальнейшего распада, тогда как другие компоненты ядерного топлива – уран-238, плутоний-239 и плутоний-241 – гораздо меньше замешаны в их рождении. В прошлом ученые не задумывались об этом, так как число антинейтрино, вырабатываемых в ходе распада урана-235, крайне сильно недооценивалось.
Все это, как отмечает ученый, указывает на то, что стерильных нейтрино, скорее всего, не существует, однако говорить об этом с 100% уверенностью пока нельзя. Проверить эту гипотезу, по словам Хубера, можно, используя особое ядерное топливо, высоко обогащенное ураном-235.
Если эти выводы подтвердятся, то физикам придется искать какие-то новые объяснения тому, почему нейтрино обладают ненулевой массой за пределами Стандартной модели мира частиц.
Источник: РИА Новости
