Тема:

Физика элементарных частиц 2 недели назад

Физическая аномалия, преследующая учёных, — новая элементарная частица?

Двухзонная галлиевая мишень в Баксанской нейтринной обсерватории состоит из внутреннего и внешнего резервуаров с галлием, который облучается источником электронных нейтрино.

Двухзонная галлиевая мишень в Баксанской нейтринной обсерватории состоит из внутреннего и внешнего резервуаров с галлием, который облучается источником электронных нейтрино.
Фото A.A. Shikhin.

Набор из 26 облученных дисков хрома-51 является источником электронных нейтрино, которые реагируют с галлием и производят германий-71.

Набор из 26 облученных дисков хрома-51 является источником электронных нейтрино, которые реагируют с галлием и производят германий-71.
Фото A.A. Shikhin.

В настоящее время известно три разновидности нейтрино: электронное, мюонное и тау-нейтрино, а также соответствующие им античастицы.

В настоящее время известно три разновидности нейтрино: электронное, мюонное и тау-нейтрино, а также соответствующие им античастицы.
Иллюстрация с сайта PVSM.RU.

Двухзонная галлиевая мишень в Баксанской нейтринной обсерватории состоит из внутреннего и внешнего резервуаров с галлием, который облучается источником электронных нейтрино.
Набор из 26 облученных дисков хрома-51 является источником электронных нейтрино, которые реагируют с галлием и производят германий-71.
В настоящее время известно три разновидности нейтрино: электронное, мюонное и тау-нейтрино, а также соответствующие им античастицы.
Расхождение результатов эксперимента с теоретическими моделями заставляет исследователей искать объяснение, выходящее за рамки наших представлений о физическом мире.

Результаты нового эксперимента подтверждают существование аномалии, замеченной в предыдущих исследованиях физиков, однако так и не получившей достойного объяснения.

Это может указывать на то, что в данных учёных скрывается ещё не подтверждённая новая элементарная частица — стерильное нейтрино. Ещё такой результат может говорить о необходимости новой интерпретации Стандартной модели, в частности впервые описанного 60 лет назад процесса — сечения рассеяния нейтрино.

Впрочем, говорить об однозначных результатах нового эксперимента пока рано. Результаты, указывающие на существование стерильных нейтрино, противоречивы. Однако любой намёк на то, что учёные не совсем правильно понимают законы ядерной физики, очень интригует авторов новой работы.

В настоящее время известно три разновидности нейтрино: электронное, мюонное и тау-нейтрино, а также соответствующие им античастицы.

Эксперимент проходил в российской Баксанской нейтринной обсерватории, расположенной в более чем полутора километрах под землёй в горах Кавказа.

В 2019 году в обсерватории начался эксперимент BEST по поиску стерильных нейтрино. Исследователи использовали синтетический радиоизотоп хрома (хром-51), который является источником электронных нейтрино активностью 3,4 мегакюри, чтобы облучить резервуары с галлием — мягким металлом, изотопы которого часто применяют для регистрации нейтрино.

Реакция между электронными нейтрино от хрома-51 и галлием приводит к образованию изотопа под названием германий-71.

Измеренная скорость производства германия-71 оказалась на 20-24% ниже, чем предполагала теория. Это несоответствие указывает на аномалию, уже наблюдавшуюся в предыдущих экспериментах.

BEST основан на советско-американском эксперименте с солнечными нейтрино SAGE, который проводился в той же обсерватории с 1986 года.

В этом эксперименте также использовались галлий и нейтринные источники высокой интенсивности.

Результаты SAGE и других экспериментов указывали на дефицит электронных нейтрино — расхождение между предсказанными и фактическими результатами, которое стало известно как "галлиевая аномалия".

Одним из объяснений такого дефицита может быть существование прежде неизученных осцилляций (перехода) между состояниями электронного нейтрино и стерильного нейтрино. Напомним, что стерильные нейтрино интересны тем, что они не участвуют во взаимодействиях кроме гравитационного, но участвуют в осцилляциях.

Та же аномалия повторилась в эксперименте BEST. При этом новый эксперимент не только подтвердил, но и увеличил достоверность того, что реальное число электронных нейтрино отклоняется от теоретического предсказания.

Набор из 26 облученных дисков хрома-51 является источником электронных нейтрино, которые реагируют с галлием и производят германий-71.

Возможные объяснения снова включают осцилляции между электронным и стерильным нейтрино.

Интересно, что стерильное нейтрино может быть также составляющей тёмной материи. Эта форма материи не испускает излучения, но также гравитационно проявляющая себя. Из тёмной материи может состоять большая часть физической вселенной. Однако эта идея требует дополнительной проверки.

Другие объяснения аномалии включают возможность недопонимания теоретических входных данных для эксперимента — это значит, что сама физика требует пересмотра.

Методология эксперимента была тщательно выверена, чтобы гарантировать отсутствие ошибок в таких аспектах исследования, как размещение источника излучения или работа системы подсчёта.

Если в будущем результаты эксперимента будут повторяться, исследователи планируют внести несколько изменений. Они могут включать другой источник излучения с более высокой энергией, более длительным периодом полураспада и чувствительностью к более коротким длинам волн.

Новая работа описана сразу в двух научных статьях: одна вышла в издании Physical Review Letters, а другая — в журнале Physical Review C 9 июня 2022 года.

Ранее мы писали о первой регистрации нейтрино на Большом адронном коллайдере, а также о самом точном измерении массы нейтрино на сегодняшний день.

Также мы рассказывали о результатах многолетнего эксперимента по поиску редких превращений нейтрино.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".

Подписывайтесь на наши страницы в соцсетях. "Смотрим"Telegram и Яндекс.Дзен, Вести.Ru – Одноклассники, ВКонтакте, Яндекс.Дзен и Telegram.