Міжнародна група фізиків, що працюють в Національної прискорювальної лабораторії імені Фермі (Фермілабі) повідомляє про перші результати експерименту NOvA. Завдання цього експерименту - вивчення осциляцій мюонного нейтрино до електронного, що дозволяють визначити ієрархію нейтрино. Про нові даних було оголошено на відкритому семінарі, що пройшов вчора.
Нейтрино - надзвичайно легкі частинки, практично не беруть участь в звичних взаємодіях. На них впливає лише гравітація і слабку взаємодію (останнє проявляється лише на дуже малих масштабах, характерні відстані значно менше діаметра ядра атома). У нейтрино відомі три різних аромату (флейвора) - тау, електронне і мюонне, причому можливі осциляції, що змінюють цей аромат.
Коли нейтрино народжується, воно має певний флейвор, відповідний суперпозиції масових станів (що позначаються ν1. Ν2. Ν3). У польоті вона еволюціонує, відбувається зміна частки масових станів і перехід в інше флейворное стан: повністю або частково. Так, наприклад, якщо в результаті деякого процесу з'явилося нейтрино з мюонним флейвором, то на детекторі, пролетівши кілька кілометрів, воно може проявити себе вже як електронне нейтрино. У цього переходу є строго певна періодичність.
Одним із завдань, пов'язаних з вивченням осциляцій, є вивчення ієрархії мас нейтрино. Періодичність осциляції безпосередньо залежить від різниці квадратів мас масових станів. Ранні експерименти з атмосферними, сонячними і реакторними нейтрино вказали на значення і знак першої з двох таких різниць - Δm 2 12 і на значення, але не знак Δm 2 13. Це дозволило визначити, що дві маси m1 і m2 близькі, а m3 або набагато більше, або набагато менше їх. У першому випадку спостерігається нормальна ієрархія, у другому - інверсна.
В експерименті NOvA безпосередньо спостерігаються осциляції мюонних нейтрино: якби вони не відбувалися, то вчені пророкують, що детектор виявив би 201 мюонне нейтрино. Але за час експерименту були зафіксовані лише 33 таких частинки. Разом з тим, вчені виявили шість електронних нейтрино, в той час як шум повинен був скласти лише одну детектувати частку.
Як передає Science, учасники експерименту в рамках семінару представили результати обробки приблизно восьми відсотків від очікуваної кількості даних. Як стверджує видання, попередньо підтверджується нормальна ієрархія нейтрино.
NOvA є масивний нейтринний детектор, розташований в Міннесоті. У 800 кілометрах від нього знаходиться джерело мюонного нейтрино - Фермілабі (штат Іллінойс). Пучок нейтрино рухається під землею, осцілліруя і, згодом, потрапляючи на детектор. За словами вчених, інформація про ієрархію мас дозволить вирішити ряд ключових питань, зокрема, чи є нейтрино античастинкою самій собі.
Експеримент NOvA по дослідженню нейтрино
Нейтрино - одні з самих невловимих і цікавих субатомних частинок, які вчені намагаються вивчати. Краще розуміння цих крихітних, слабо взаємодіючих частинок може відкрити нові галузі науки і допомогти нам зрозуміти природу Всесвіту. Пара об'єктів, розташованих на відстані 800 кілометрів один від одного на середньому заході США, можуть стати першим кроком у цьому процесі. Через п'ять років будівництва експеримент NOvA готовий до вивчення нейтрино, поки вони пролітають ці 800 кілометрів в одну мить.
Нейтрино складно вивчати, оскільки через саму свою природу вони рідко взаємодіють з іншими формами матерії. Вони були виявлені лише в середині 20 століття, коли їм дали назву, що означає «маленькі і нейтральні» на італійському. Немає ніякого способу зберігати нейтрино для довгострокових досліджень, оскільки для нейтрино жодна речовина не є твердим. Нейтрино можуть проходити через кілометри твердої матерії практично безслідно. Іноді, правда, нейтрино потрапляє в ядро атома і відхиляється. Саме таке зіткнення і вивчатиме NOvA.
Експеримент NOvA використовує слабку взаємодію нейтрино, яке дозволяє їм проходити через Землю з однієї точки в іншу - в цьому випадку з лабораторії Фермі в Батавії до масивного детектору в Еш Рівер, Міннесота, поруч з канадської кордоном. 14 000-тонний детектор в Міннесоті не набагато твердіше для нейтрино, ніж земна кора, тому лабораторія Фермі буде відправляти велику кількість нейтрино прямо в детектор. Інструмент детектора насправді складається з шарів полівінілхлориду (ПВХ), заповнених рідиною, яка випромінює світло при попаданні нейтрино. Лабораторія Фермі вважає, що дальній детектор NOvA може бути найбільшою окремо стоїть пластикової структурою в світі.
Кожну секунду експлуатації в найближчі шість років або близько того вчені будуть відправляти трильйони нейтрино в бік північної Міннесоти, щоб виявити хоча б жменьку взаємодій. Детектор NOvA знаходиться у віддаленому районі північної Міннесоти, оскільки детектори повинні бути надзвичайно чутливі, щоб побачити рідкісні нейтринні взаємодії. Навіть на відстані багатьох кілометрів від електромагнітного шуму цивілізації космічні промені заважають детектору виявляти нейтрино. Хоча можливо. У вчених є перевага: вони точно знають, звідки і скільки нейтрино виходить, їх енергетичний рівень і точний час, коли кожне з них має пройти через детектор.
У чому сенс усього цього? NOvA спеціально налаштований для дослідження того, як нейтрино перемикаються між трьома різними станами протягом певного часу. Це може допомогти нам відповісти на одне з головних питань у фізиці: чому існує що, а не нічого? Після Великого Вибуху виник певний дисбаланс в кількості речовини і антиречовини, що завадило юної всесвіту аннигилировать в нуль, але чому? Нейтрино можуть бути причиною, але вченим потрібно більше даних, щоб опрацювати деталі.