Физики, занятые в международном проекте Т2К, зарегистрировали «превращение» мюонных нейтрино в электронные. Об этой необычной способности нейтрино — стабильных нейтральных частиц, слабо взаимодействующих с веществом, — заговорили в 60-х годах прошлого века, когда будущий лауреат Нобелевской премии Рэймонд Дэвис и его коллеги провели эксперимент по обнаружению электронных нейтрино, испускаемых Солнцем.

Поскольку зафиксированное в опыте количество частиц заметно уступало расчётному, учёным пришлось искать новые модели, и наиболее известную из них предложили советские теоретики Бруно Понтекорво и Владимир Грибов. Недостаток частиц они объяснили тем, что нейтрино разных поколений (электронные ν_е, мюонные ν_μ или таонные ν_τ) могут «превращаться» друг в друга; иными словами, вероятность обнаружения нейтрино определённого сорта периодически изменяется по мере его движения.

Такое явление, возможное только при ненулевой массе нейтрино, назвали нейтринными осцилляциями. Стоит напомнить, что в оригинальной версии Стандартной модели осцилляции и ненулевая масса не описываются, хотя включить их в эту теоретическую конструкцию довольно легко.

Для описания осцилляций используют матрицу Понтекорво — Маки — Накагавы — Сакаты и так называемые углы смешивания θ₁₂, θ₂₃ и θ₁₃. Первые два угла уже измерены, а величина третьего, самого маленького, ограничена сверху выражением sin²(2θ₁₃) < 0,15. Задачей проекта Т2К, участники которого пытаются отследить появление электронных нейтрино в специально подготовленном пучке ν_μ, стало как раз измерение θ₁₃.

Подробная характеристика эксперимента Т2К даётся в статье, которую вскоре опубликует журнал Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. Если это описание максимально упростить, можно представить опытную схему в виде трёх связанных элементов.

Упрощённая схема эксперимента Т2К (иллюстрация из журнала Nuclear Instruments and Methods in Physics Research).

Первым из них будет ускоритель (на схеме обозначен как J-PARC), разгоняющий протоны до 30 ГэВ и направляющий их на графитовую мишень с целью получения пионов, распадающихся с образованием мюонов и мюонных нейтрино. В 280 метрах от мишени размещён второй компонент — комплекс детекторов, которые оценивают параметры сформированного нейтринного пучка. Наиболее важная часть схемы — подземный детектор Super-Kamiokande, регистрирующий появление электронных нейтрино и исчезновение ν_μ, — удалена на 295 км от ускорителя. Super-Kamiokande имеет вид огромного цилиндра диаметром в 39 и высотой в 41 м, разделённого на внешнюю и внутреннюю части. Последняя имеет больший объём и заполнена сверхчистой водой, с которой взаимодействуют приходящие нейтрино, рождая заряженные частицы и черенковское излучение; чтобы регистрировать это излучение, физики разместили на стенках внутренней области 11 129 фотоэлектронных умножителей. Внешняя (относительно небольшая) часть Super-Kamiokande оснащена 1 885 фотоумножителями и используется для подавления фона.

Детектор Super-Kamiokande (иллюстрация из журнала Nuclear Instruments and Methods in Physics Research).

Представленные участниками Т2К результаты были получены при обработке информации, собранной в период с января 2010-го по март текущего года. За это время Super-Kamiokande зарегистрировал 88 нейтринных событий, шесть из которых имели все признаки взаимодействий электронного нейтрино. Если бы осцилляций вида ν_μ → ν_е не существовало, в эксперименте, как подсказывают теоретические расчёты, было бы отмечено только 1,5 ± 0,3 «электронных» события.

Следовательно, вероятность того, что обнаруженные сигналы случайны, составляет всего 0,7%. Это значение соответствует статистической значимости в 2,5 стандартного отклонения (2,5σ). «Назвать такой результат открытием мы пока не можем [необходима значимость в 5σ], но для T2К он, безусловно, важен», — говорит представитель научной группы Коичиро Нишикава (Koichiro Nishikawa).

Продолжить эксперимент в марте 2011-го помешало землетрясение, нарушившее работу ускорителя. Восстановить схему Т2К учёные планируют к началу следующего года, а надёжную оценку величины θ₁₃ они хотят получить в середине 2013-го.

Полная версия отчёта будет опубликована в журнале Physical Review Letters; препринт статьи можно скачать отсюда.

Подготовлено по материалам Physicsworld.Com.

Нет комментариев.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите или зарегистрируйтесь пожалуйста.