Крупнейший детектор нейтрино приносит первые результаты новой физики!

Крупнейший в мире эксперимент по обнаружению нейтрино только что открыл свои «врата», и первые данные, которые он вынес на поверхность, уже впечатляют. Подземная нейтринная обсерватория Цзянмэнь (ЮНОНА), похороненный глубоко в недрах южного Китая, потребовалось менее двух месяцев работы, чтобы достичь того, чего другие детекторы пытались добиться на протяжении полувека: наиболее точных измерений ключевых параметров нейтрино.

В основе JUNO лежит сфера диаметром 35 метров, наполненная 20 000 тонн жидкого сцинтиллятора. Когда нейтрино попадает в жидкость, возникает тонкая вспышка света — «сигнатура», настолько слабая, что ее может уловить только гигантский зонд, такой как «ЮНОНА». Вокруг сферы тысячи чувствительных датчиков обнаруживают это свечение и определяют характеристики вызвавшей его частицы.

К моменту активации JUNO критические параметры, описывающие, как нейтрино меняют «идентичность» на своем пути, были определены в результате десятилетий экспериментов по всему миру. Команда JUNO объявила, что за 59 дней они достигли большей точности, чем 50 лет измерений. Как характерно отметил Джоаккино Рануччизаместитель представителя эксперимента, это превосходство показывает, насколько мощна новая обсерватория.

Результаты были опубликованы в arXiv и уже находятся на рассмотрении в журнале Chinese Physics C.

Нейтрино, одни из самых загадочных частиц в природе, проходят сквозь все почти без взаимодействия. Триллионы из них проходят через наше тело каждую секунду, как будто нас не существует. Они настолько легки и настолько «бестелесны», что их прозвали «частицами-призраками». Но именно это загадочное поведение превратило их в одно из самых интригующих окон в возможную физику за пределами Стандартной модели.

Стандартная модель физики элементарных частиц, какой бы успешной она ни была, не предсказывает, что нейтрино имеют массу. И все же в 2015 году подтверждение этой массы посредством явления нейтринных осцилляций принесло Нобелевскую премию по физике исследователям, которые это задокументировали. Нейтрино бывают трёх «ароматов» — электронного, мюонного и тау — и меняются от одного к другому по мере своего путешествия. Почему это происходит, остается неизвестным, но ответ может открыть путь к новой физике.

Подземные лаборатории, такие как JUNO, предлагают идеальное пространство для такого поиска: масса Земли блокирует большинство нежелательных частиц, позволяя редким нейтринным событиям четко выделяться на фоне «шума». JUNO, благодаря своим беспрецедентным размерам — у нее примерно в 20 раз больше сцинтиллятора, чем в любом предыдущем эксперименте — уже начинает окупаться.

Огромная чувствительность детектора позволила исследователям снизить неопределенность в двух важнейших параметрах: угле смешивания, который определяет, как массовые состояния нейтрино объединяются, образуя три «аромата», и разнице квадратов масс этих состояний. Это фундаментальные величины, которые определяют, как колеблются нейтрино.

И это только начало. У команды JUNO большие амбиции на ближайшие годы. Ожидается, что с увеличением времени сбора данных точность увеличится еще больше. Если все пойдет по плану, эксперимент может даже прояснить порядок масс нейтрино, один из самых больших оставшихся без ответа вопросов в современной физике. Кроме того, есть надежда, что JUNO может дать ключ к разгадке еще большей загадки: почему Вселенная почти полностью состоит из материи, а не из такого же количества антиматерии.

На данный момент первые результаты обещают, что «частицы-призраки» могут привести к открытиям, которые выведут Стандартную модель за ее пределы. Благодаря гигантским зондам нового поколения, таким как «Юнона», наша картина субатомной Вселенной становится более ясной и вскоре может стать более разрушительной.