Ученые сделали важный шаг к обнаружению нейтрино – неуловимых типов крошечных, “призрачных” частиц и, возможно, к открытию новой физики.
Впервые нейтрино были зарегистрированы детектором Short-Baseline Near Detector (SBND) в Национальной ускорительной лаборатории Ферми (Fermilab). Это знаменательный момент в многолетнем стремлении расширить наши знания об одних из самых распространенных частиц во Вселенной.
Эти частицы обладают невероятно малой массой и крайне редко взаимодействуют с другими частицами. Каждую секунду через наши тела проходят 100 триллионов нейтрино, и мы этого не замечаем. Однако их уникальные свойства могут объяснить, почему наша Вселенная состоит из атомов, молекул, звезд и галактик.
Мы уже знаем о трех типах нейтрино – мюонном, электронном и тау – но некоторые эксперименты указывают на существование еще одного, так называемого “стерильного” нейтрино, которое еще более неуловимо, чем остальные. Подтверждение его существования – одна из главных задач недавно запущенного SBND.
“Мы считаем, что нейтрино могут помочь нам ответить на важные вопросы, например, найти более полную теорию природы на мельчайших масштабах или даже объяснить, почему наша Вселенная наполнена материей”, – говорит физик-экспериментатор Эндрю Мастбаум из Школы искусств и наук Рутгерса в Нью-Джерси.
Работа над SBND ведется уже почти десять лет, поэтому появление первых реакций нейтрино – долгожданное событие. Детектор заполнен 112 тоннами сверххолодного жидкого аргона, который может регистрировать мимолетные взаимодействия нейтрино через слабое ядерное взаимодействие. Другие детекторы по всему миру, такие как нейтринная обсерватория IceCube в Антарктиде, пытаются поймать бесчисленные нейтрино, рождающиеся в космических реакциях.
Эксперименты на Земле также генерируют нейтрино в процессах, которые мы можем контролировать, поэтому регистрация этих частиц имеет огромное значение.
SBND будет работать совместно с детектором ICARUS (Imaging Cosmic And Rare Underground Signals – Визуализация космических и редких подземных сигналов), установленным в 2017 году на расстоянии около 500 метров от него. Вместе они будут анализировать пучки частиц, генерируемые ускорителем Fermilab.
Каждый день может регистрироваться до 7000 взаимодействий нейтрино – огромное число, учитывая, насколько редки эти взаимодействия. Затем два детектора будут искать следы столкновений и, возможно, обнаружат что-то, похожее на новую разновидность нейтрино.
“Регистрация фотонов, образующихся при взаимодействии пучка, помогает нам определить время начала и продолжительность взаимодействия частиц”, – говорит физик Ричард Ван де Ватер из Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико.
“Эта информация дополняет данные о траекториях частиц, образующихся при этих взаимодействиях, давая нам более полную картину происходящих физических процессов”.
SBND способен изучать нейтрино с большей точностью, чем когда-либо прежде, и есть надежда, что он сможет обнаружить другие закономерности и аномалии, которые не укладываются в Стандартную модель физики, в том числе, возможно, темную материю. Не удивляйтесь, если в ближайшие годы вы услышите о Fermilab, SBND и ICARUS еще много интересного, по мере расширения масштабов исследований.
“Понимание аномалий, наблюдавшихся в предыдущих экспериментах, было главной целью в этой области в течение последних 25 лет”, – говорит физик Дэвид Шмитц из Чикагского университета.
“Вместе SBND и ICARUS будут обладать исключительными возможностями для проверки существования этих новых нейтрино”.
Читайте также: Поиск темной материи: а в ту ли сторону смотрят ученые?
