Изменения ароматов нейтрино помогли проникнуть в тайну рождения Вселенной

Учёные представили новые результаты, показывающие, почему в космосе наблюдается разница в количестве материи и антиматерии.

Учёные представили новые результаты, показывающие, почему в космосе наблюдается разница в количестве материи и антиматерии.
Фотография R. Hahn/Fermilab.

Вопрос о том, как был создан наш мир и по каким законам он существует, вероятно, подразумевает разные вещи для разных людей. Как бы то ни было физики, изучающие элементарные частицы, вполне возможно, скоро найдут ответы на свои вопросы.

Экспериментальные результаты, представленные на прошлой неделе на 27-й Международной конференции по нейтринной физике и астрофизике (Neutrino 2016), помогут объяснить наблюдаемые различия в количестве материи и антиматерии, а значит, и улучшат представления учёных о жизни Вселенной.

Поясним. Существующая теория гласит, что порядка 13,82 миллиарда лет назад Вселенная была создана в результате Большого взрыва. Согласно сегодняшним представлениям учёных, в определённый момент времени в мире было равное количество материи и антиматерии.

Но это же утверждение создаёт проблему, поскольку, когда частицы материи встречают своих "коллег" из антиматерии, то они исчезают (аннигилируют), оставляя после себя только лишь энергетический всплеск. Это означает, что современная Вселенная должна была бы состоять из пустоты, наполненной одним лишь светом. Но мы тем не менее наблюдаем совсем другую картину.

По словам учёных, по какой-то причине некоторая часть материи, которая была создана при Большом взрыве, не подверглась аннигиляции, и из неё было создано всё то, что человек сегодня видит вокруг себя. Для того чтобы объяснить, почему часть образовавшейся материи "выжила" в этом процессе, физики ищут различия между материей и антиматерией, которые не так просто выявить.

Нейтрино — фундаментальные строительные блоки всего, что окружает человека. Они потенциально могут продемонстрировать искомую разницу, но являются практически неуловимыми, что, впрочем, не мешает учёным постепенно добиваться своего.

Известно, что нейтрино, ставшие "героями" Нобелевской премии по физике 2015 года, имеют свойство, именуемое ароматом: физики различают электронные, мюонные и тау-нейтрино. Одна частица нейтрино может переключаться между ароматами — этот процесс известен как нейтринные осцилляции.

Профессор Хирохиса Танака (Hirohisa Tanaka) из Университета Торонто благодаря японскому нейтринному эксперименту Tokai to Kamioka (T2K) описал, как T2K позволяет исследовать процесс осцилляции нейтрино и их аналогов из антиматерии.

"В Японии с помощью ускорителя частиц мы производим нейтрино одного типа и отправляем их за 295 километров в нейтринный детектор "Супер-Камиоканде"", — говорит он.

Нейтрино достигают детектора в заброшенной шахте Камиока под горами на западе Японии, после чего профессор Танака и его коллеги изучают, изменили ли какие-либо частицы свой аромат.

Исследователь объясняет, что три года назад было сделано наблюдение, что мюонные нейтрино между двумя частями экспериментов превращаются в электронные нейтрино.

В 2014 году команда учёных немного изменила эксперимент, чтобы в системе можно было запускать и изучать антинейтрино. Профессор Танака говорит, что "первые результаты позволяют предположить, что каким-то образом нейтринная осцилляция случается чаще, чем такой же антинейтринный процесс".

Это первый признак того, что предполагаемая асимметрия или разница между количеством нейтрино и антинейтрино фактически существует. Однако абсолютное подтверждение этому требует сбора большего объёма данных.

Но уверенность в том, что учёные действительно нашли разницу, растёт, так как специалисты похожего эксперимента NOvA, проводимого в США, также сообщили на конференции "Нейтрино 2016" о своих результатах, и они поддерживают эту же идею.