Фізики вперше зафіксували унікальну взаємодію сонячних нейтрино

Міжнародна команда фізиків уперше зафіксувала надзвичайно рідкісну взаємодію сонячних нейтрино, коли ці частинки перетворили ізотоп вуглецю-13 на азот-13 глибоко під землею. Це відкриття, зроблене у підземній лабораторії SNOLAB у Канаді, підтвердило передбачену теоретиками реакцію, яку науковці намагалися виявити протягом десятиліть, і відкриває новий метод дослідження фундаментальних властивостей нейтрино.

Дослідження проводила команда під керівництвом Оксфордського університету з використанням детектора SNO+, розташованого на глибині два кілометри під землею в місті Садбері (Онтаріо, Канада). Така глибина дозволяє ефективно блокувати космічне випромінювання та інші джерела радіаційного шуму, що могли б завадити фіксації надзвичайно слабких сигналів від нейтрино.

Відображення подій у диспетчерській SNO+ в SNOLAB. Джерело: SNOLAB

Під час спостережень учені фокусувалися на реакції, коли високоенергетичне нейтрино стикається з ядром вуглецю-13, утворюючи радіоактивний азот-13, який розпадається приблизно через десять хвилин. Для фіксації цього процесу використовувався метод «затриманої збіжності»: детектор фіксує два спалахи світла — перший під час удару нейтрино, другий під час розпаду азоту. За 231 день експерименту (з 4 травня 2022 по 29 червня 2023 року) вчені зареєстрували 5,6 події, що практично збігається з теоретичним прогнозом у 4,7 події.

Керівник дослідження, аспірант Оксфорда Галлівер Мілтон, назвав цю реєстрацію «винятковим досягненням»: «Ми спостерігали, як нейтрино, народжені у ядрі Сонця, взаємодіють із вуглецем у нашому детекторі — це подорож мільйонів кілометрів і надзвичайно рідкісна подія». Його науковий керівник, професор Стівен Біллер, додав, що це відкриття означає нову еру — коли сонячні нейтрино можуть використовуватися як «тестовий пучок» для дослідження інших ядерних процесів.

Консоль відображення подій у диспетчерській SNO+ в SNOLAB. Джерело: SNOLAB

Експеримент SNO+ є наступником легендарного Sud­bury Neu­tri­no Obser­va­to­ry (SNO), який довів, що нейтрино змінюють типи (електронне, мюонне, тау) під час руху від Сонця до Землі — відкриття, що принесло Нобелівську премію з фізики у 2015 році. За словами дослідниці Крістін Краус, нинішній результат став «першим прямим вимірюванням перетину реакції нейтрино на ядрах вуглецю-13» і водночас «найнижчою енергетичною взаємодією нейтрино такого типу, коли-небудь зафіксованою».

Робота, опублікована 10 грудня 2025 року в журналі Phys­i­cal Review Let­ters, відкриває шлях до майбутніх експериментів з низькоенергетичними нейтрино, які допоможуть краще зрозуміти внутрішню будову зірок, механізми термоядерного синтезу та роль нейтрино в еволюції Всесвіту.