Американски и японски физици обединиха резултатите от два мащабни експеримента (NOvA и T2K) за да получат най-точните данни за поведението на неутриното – субатомните частици, които почти не взаимодействат с материята.
Тези невидими „пътници“ преминават през планети и звезди, без да оставят следи и по този начин играят важна роля за разбирането на произхода на материята във Вселената и причините за нейното превъзходство над антиматерията.
Неутриното е уникално неуловимо: милиарди от него преминават през всеки човек всяка секунда и почти всички остават незабелязани. Учените смятат, че особеностите на тези елементарни обекти могат да обяснят защо след Големия взрив материята не е била унищожена при сблъсъка ѝ с антиматерията.
За да изяснят закономерностите, изследователите сравняват данни от експерименти, проведени на различни континенти и получават единна представа за това как частиците променят вътрешното си състояние, докато се движат в пространството.
Физиката познава три вида неутрино – електронно, мюонно и тауонно. Всяко от тях е способно да се превръща в друго и да преодолява огромни разстояния. Тази трансформация се нарича осцилация на неутриното. Учените определят разновидностите на частиците като „вкусове“ и изучават как те се променят от един в друг. Това наблюдение помага да разберем ролята, която неутриното е изиграло в еволюцията на космоса. Изследователите подчертават, че тяхната променливост ги прави особено интересни: частица, излъчена като един вид, може вече да достигне до детектора в напълно различно състояние.
За анализите са използвани две от най-чувствителните съоръжения в света. Американското NOvA, изграден с подкрепата на Министерството на енергетиката на САЩ във Фермилаб насочва поток от мюонни неутрино от Илинойс към детектор, разположен в Минесота. Съоръжението се състои от 344 000 клетки с дължина около 15 метра, пълни със смес от минерално масло и вещества, които излъчват светлина при преминаването на заредените частици. Когато неутрино се сблъска с ядрото на атом, се появява поток от вторични частици, които оставят ярки следи. По тези светлинни проблясъци изследователите реконструират пътя и състоянието на частиците, като оценяват как са се променили характеристиките им по време на полета.
В същото време в Япония се изпълнява проектът T2K, в рамките на който поток от мюонни неутрино от селището Токай се изпраща към детектора Super-Kamiokande, разположен дълбоко в планинската верига Камиока.
Целта му е да се наблюдава как неутриното променя „вкуса“ си при преминаването през скалните пластове на Земята. Въпреки че двете съоръжения изучават един и същ процес, те се различават по разстоянието между източника и детектора, енергията на частиците и методите, използвани за улавяне на сигналите.
Чрез сравняване на данните беше получена по-пълна картина на осцилациите и беше възможно да се провери дали има разлика в поведението на неутриното и неговите антиподи – антинеутриното.
Разликата, наречена нарушаване на CP-симетрията би могла да обясни защо точно след Големия взрив материята не е била напълно анихилирана от антиматерията. Съвместният анализ показа, че разликата в архитектурата на съоръженията не пречи на интерпретацията, а по-скоро позволява явлението да бъде разгледано от различни ъгли: комбинираната база данни разкрива закономерности, които не биха могли да бъдат наблюдавани в рамките на един експеримент.
Въпреки че изследването все още не дава окончателно обяснение, то значително разширява разбирането за свойствата на тези частици. Резултатите осигуряват солидна основа за бъдещи наблюдения с още по-мощни съоръжения.
В момента в САЩ се изгражда Дълбокият подземен експеримент за неутрино (DUNE), а в Япония се подготвя проектът Hyper-Kamiokande. Новите детектори ще могат да проследяват осцилации на големи разстояния и да регистрират най-малките промени в енергийните състояния.
Изследването на неутриното е важно не само за фундаменталната наука, но и за разбирането на самия произход на космоса. Такива експерименти помагат да се реконструира веригата от събития, от които се е появила структурата на Вселената, и да се проследи как малки частици и невидими процеси са формирали наблюдаемия свят.
Източник: Калдата ком
