Фізики, які працюють у міжнародному проєкті Т2К, зареєстрували «перетворення» мюонних нейтрино на електронні. Про цю незвичайну здатність нейтрино — стабільних нейтральних частинок, що слабко взаємодіють із речовиною, — заговорили в 60-х роках минулого століття, коли майбутній лауреат Нобелівської премії Реймонд Девіс та його колеги провели експеримент із виявлення електронних нейтрино, які випускає Сонце.
Оскільки зафіксована в досліді кількість частинок була помітно меншою за розраховану, ученим довелося шукати нові моделі, і найвідомішу з них запропонували радянські теоретики Бруно Понтекорво та Володимир Грибов. Нестачу частинок вони пояснили тим, що нейтрино різних поколінь (електронні νе, мюонні νμ або таонні ντ) можуть «перетворюватися» одне на одне; інакше кажучи, імовірність виявлення нейтрино певного сорту періодично змінюється в міру його руху.
Це явище, можливе лише за ненульової маси нейтрино, назвали . Варто нагадати, що в початковій версії Стандартної моделі осциляції та ненульова маса не описуються, хоча включити їх у цю теоретичну конструкцію досить легко.
Для опису осциляцій використовують і так звані кути змішування θ12, θ23 та θ13. Перші два кути вже виміряно, а величина третього, найменшого, обмежена згори виразом sin2(2θ13) < 0,15. Завданням проєкту Т2К, учасники якого намагаються відстежити появу електронних нейтрино у спеціально підготовленому пучку νμ, стало саме вимірювання θ13.
Докладну характеристику експерименту Т2К наведено у , яку невдовзі опублікує журнал . Якщо максимально спростити цей опис, експериментальну схему можна подати у вигляді трьох пов’язаних елементів.
| Спрощена схема експерименту Т2К (ілюстрація з журналу Nuclear Instruments and Methods in Physics Research). |
Першим із них буде прискорювач (на схемі позначений як J-PARC), що розганяє протони до 30 ГеВ та спрямовує їх на графітову мішень для отримання , які розпадаються з утворенням мюонів і мюонних нейтрино. За 280 метрів від мішені розташовано другий компонент — комплекс детекторів, що оцінюють параметри сформованого нейтринного пучка. Найважливіша частина схеми — підземний детектор , який реєструє появу електронних нейтрино та зникнення νμ, — віддалена на 295 км від прискорювача. Super-Kamiokande має вигляд величезного циліндра діаметром 39 і заввишки 41 м, розділеного на зовнішню та внутрішню частини. Остання має більший об’єм і заповнена надчистою водою, з якою взаємодіють нейтрино, що надходять, породжуючи заряджені частинки та ; для реєстрації цього випромінювання фізики розмістили на стінках внутрішньої області 11 129 фотоелектронних помножувачів. Зовнішню (відносно невелику) частину Super-Kamiokande обладнано 1 885 фотопомножувачами, і вона використовується для пригнічення фону.
| Детектор Super-Kamiokande (ілюстрація з журналу Nuclear Instruments and Methods in Physics Research). |
Представлені учасниками Т2К результати отримали після обробки інформації, зібраної від січня 2010-го до березня цього року. За цей час Super-Kamiokande зареєстрував 88 нейтринних подій, шість із яких мали всі ознаки взаємодій електронного нейтрино. Якби осциляцій виду νμ → νе не існувало, в експерименті, як підказують теоретичні розрахунки, зафіксували б лише 1,5 ± 0,3 «електронної» події.
Отже, імовірність того, що виявлені сигнали випадкові, становить лише 0,7%. Це значення відповідає у 2,5 стандартного відхилення (2,5σ). «Назвати такий результат відкриттям ми поки що не можемо [потрібна значущість 5σ], але для T2К він, безумовно, важливий», — говорить представник наукової групи Коітіро Нісікава (Koichiro Nishikawa).
Продовжити експеримент у березні 2011-го завадив землетрус, який порушив роботу прискорювача. Відновити схему Т2К учені планують до початку наступного року, а надійну оцінку величини θ13 хочуть отримати в середині 2013-го.
Повну версію звіту буде опубліковано в журналі ; препринт статті можна завантажити .
Підготовлено за матеріалами .
Лише зареєстровані користувачі можуть залишати коментарі. Увійдіть або зареєструйтеся.
Коментарі (0):