Науковці зруйнували гіпотезу про існування стерильного нейтрино

Після десяти років спостережень і аналізу даних фізики експерименту Micro­BooNE у Fer­mi­lab (США) оголосили про один із найважливіших результатів у сучасній фізиці частинок — вони виключили існування “стерильного нейтрино”, гіпотетичної частинки, яку вважали ключем до пояснення дивної поведінки нейтрино. Результати дослідження опубліковані в журналі Nature.

Нейтрино — це надзвичайно легкі субатомні частинки, що майже не взаємодіють із речовиною і можуть проходити крізь цілі планети. Згідно зі Стандартною моделлю фізики частинок, існує три типи нейтрино: електронне, мюонне і тау. Вони здатні “осцилювати”, тобто перетворюватися одне в одне під час руху. Однак низка експериментів показала результати, які не вкладалися у ці рамки, що спонукало фізиків висунути гіпотезу про четвертий тип — “стерильне нейтрино”, частинку, яка взагалі не взаємодіє з речовиною, окрім як через гравітацію.

Команда Micro­BooNE, використовуючи рідкоаргонний детектор у Fer­mi­lab, аналізувала два нейтринні потоки, щоб перевірити, чи справді існує така частинка. Після десятирічних спостережень учені не виявили жодних ознак її присутності, з ймовірністю 95% виключивши існування одного стерильного нейтрино. “Цей результат — великий момент для всієї галузі”, — підкреслив Ендрю Мастбаум, фізик з Університету Ратґерса та член керівної групи Micro­BooNE. — “Ми виключили сильного підозрюваного, але головна загадка залишається нерозв’язаною”.

Дослідники з Ратґерса відіграли важливу роль у програмі аналізу даних, створюючи моделі систематичних похибок та обробляючи інформацію з нейтринних пучків. Ці зусилля забезпечили точність висновків експерименту. “Коли ми правильно розуміємо джерела невизначеності, ми можемо робити сильні, перевірені заяви про фізику, яку спостерігаємо”, — зазначив Мастбаум.

Результат має глибоке значення: він звужує поле пошуку нової фізики за межами Стандартної моделі, яка досі не пояснює темну матерію, темну енергію й гравітацію. Водночас розроблені в Micro­BooNE методики вже застосовуються у підготовці до майбутнього проєкту DUNE (Deep Under­ground Neu­tri­no Exper­i­ment) — масштабного експерименту, що має допомогти з’ясувати, чому Всесвіт складається переважно з матерії, а не антиматерії.

“Завдяки точному моделюванню та винахідливому аналізу ми змогли витиснути максимум інформації з детектора Micro­BooNE”, — наголосив Мастбаум. — “Наступне покоління експериментів, зокрема DUNE, продовжить цей шлях і, можливо, дасть відповідь на ще глибші питання про природу матерії та походження Всесвіту”.