Прошло 30 лет поисков: физики доказали отсутствие четвертого типа нейтрино

В научном сообществе произошло знаменательное событие, которое ставит точку в многолетних спорах физиков по всему миру. Исследователи, работающие над экспериментом MicroBooNE, пришли к окончательному выводу: так называемого «стерильного нейтрино» не существует. Эта гипотетическая частица долгое время рассматривалась как возможное объяснение ряда загадок в физике элементарных частиц, однако новые данные, опубликованные в авторитетном журнале Nature, опровергают эту теорию.

Команда ученых, в которую вошли специалисты из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, провела тщательный анализ данных и выяснила, что результаты предыдущих экспериментов, намекавшие на существование четвертого типа нейтрино, были неверно истолкованы. Ассистент профессора Дэвид Карателли пояснил, что измерения MicroBooNE не подтверждают наличие «стерильной» частицы. Это открытие позволяет исследователям отбросить неверную гипотезу и сосредоточиться на поиске других, более достоверных объяснений аномалий, наблюдаемых в поведении нейтрино.

Стандартная модель физики, несмотря на свою эффективность, все еще имеет пробелы, например, не объясняет природу темной материи или гравитации. Нейтрино, которые изначально считались безмассовыми, на деле демонстрируют способность менять свою сущность (осциллировать) во время движения, что доказывает наличие у них массы. Загадка, возникшая в 90-х годах прошлого века, заключалась в странном поведении мюонных нейтрино, превращающихся в электронные способом, который невозможно объяснить наличием только трех известных типов частиц. Именно для решения этой задачи и была выдвинута теория о «стерильном» нейтрино.

Эксперимент MicroBooNE, проводившийся на базе Фермилаборатории с 2015 по 2021 год, использовал передовые технологии. Ученые направляли потоки нейтрино в камеру с жидким аргоном, чтобы зафиксировать их взаимодействие с веществом. Если бы стерильное нейтрино существовало, приборы зафиксировали бы появление избыточного количества электронных нейтрино, однако этого не произошло. Полученные данные полностью соответствуют модели, в которой нет места гипотетической четвертой частице.

Теперь физики готовы к смене парадигмы и изучению более широкого спектра теорий. Опыт, полученный в ходе работы с MicroBooNE, станет фундаментом для следующего, еще более масштабного проекта — Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE). Этот гигантский детектор, строящийся глубоко под землей в Южной Дакоте, позволит ученым с невероятной точностью исследовать не только осцилляции нейтрино, но и фундаментальные вопросы мироздания, такие как асимметрия материи и антиматерии во Вселенной.