Коллаборация нейтринного эксперимента Daya Bay публикует новые
результаты своего первого исследования «стерильных нейтрино».
Коллаборация Daya
Bay — международная группа ученых, изучающих
превращения частиц, называемых нейтрино, публикует свой первый результат по
поиску так называемых стерильных нейтрино — возможного нового типа нейтрино за
пределами известных трех нейтринных «ароматов». Существование неуловимых
частиц, если его доказать, глубоко повлияет на наше понимание Вселенной, а
также на планирование будущих нейтринных экспериментов.
Эксперимент расположен вблизи атомных электростанций Daya Bay и Ling
Ao в Китае, в 55 километрах к северо-востоку от
Гонконга. Эти реакторы создают стабильный поток антинейтрино, который ученые коллаборации Daya Bay используют для исследований при помощи детекторов,
расположенных в трех экспериментальных залах на различных расстояниях (от 360 м
до 1,8 км) от реакторов. В коллаборацию входят более
200 ученых из шести стран.
Эксперимент Daya Bay начал работу 24 декабря 2011 года. Вскоре после этого коллаборация опубликовала свой первый результат: наблюдение
нового типа осцилляций — доказательства того, что частицы смешиваются и меняют
свой тип, — и высокоточное измерение нейтринного «угла смешивания», что
является окончательным подтверждением существования смешивания
по крайней мере трех массовых состояний нейтрино.
Факт, что нейтрино вообще имеют массу — относительно новое
открытие, как и наблюдение Daya Bay,
что электронное нейтрино — это смесь по крайней мере
трех массовых состояний. И пока ученые не знают точных значений масс нейтрино,
они знают, что эти частицы куда менее массивны, чем хорошо известный электрон,
член того же семейства частиц.
Эти неожиданные наблюдения привели к возможности того, что
электрически нейтральные, практически необнаружимые
нейтрино могут быть особым видом материи и очень важной частью массы Вселенной.
C учетом того, что природа материи вообще и существование массы в частности —
один из фундаментальных вопросов в науке, новые откровения о природе нейтрино
ясно дают понять важность поиска других легких нейтральных частиц, которые
могут быть партнерами активных нейтрино и могут давать вклад в темную материю.
Первый поиск стерильных нейтрино в эксперименте был проведен
на основе энергетического спектра детектированных реакторных электронных
антинейтрино. В пределах исследуемого диапазона масс
признаков существования четвертого массового состояния нейтрино
обнаружено не было.
Поиск стерильных нейтрино проводился тремя
независимыми группами, одна из которых — группа физиков из Лаборатории ядерных
проблем Объединенного института ядерных исследований (состав «стерильной» группы
— И.В. Буторов, М.О. Гончар, Д.В. Наумов),
разработавшая собственное программное обеспечение и методы анализа данных
эксперимента Daya Bay и
активно участвовавшая как в анализе данных, так и в написании статьи от коллаборации. Интенсивная и дружная работа велась
больше года. В итоге, результаты всех трех групп оказались в хорошем согласии
друг с другом.
Результат эксперимента Daya Bay — лучший мировой предел на параметры стерильных
нейтрино в широком диапазоне масс, — таким образом, находится в согласии с
существующей картиной трех-нейтринных осцилляций.
Проверка существования стерильных нейтрино и определение их параметров является
одной из важнейших задач физики нейтрино, на решение которой сегодня нацелено
большое количество экспериментов. Новый результат эксперимента Daya Bay позволяет значительно
сократить неисследованную область.