Материалы портала «Научная Россия»

0 комментариев 399

Новые результаты нейтринных экспериментов NOvA и T2K. Возможен ли компромисс?

Новые результаты нейтринных экспериментов NOvA и T2K. Возможен ли компромисс?
На прошлой неделе завершилась международная конференция по Нейтринной физике и Астрофизике NEUTRINO 2020, организатором которой выступила Национальная ускорительная лаборатория имени Ферми (Фермилаб, США). 

На прошлой неделе завершилась международная конференция по Нейтринной физике и Астрофизике NEUTRINO 2020, организатором которой выступила Национальная ускорительная лаборатория имени Ферми (Фермилаб, США).

На этой конференции международные коллаборации NOvA (Фермилаб) и T2K (Tokai-to-Kamioka, Япония), в которые входят и российские ученые, в частности, из Института ядерных исследований РАН, представили новые результаты, полученные с ускорительными пучками мюонных нейтрино и антинейтрино. Основной целью этих экспериментов является измерение и анализ вероятностей осцилляций мюонных нейтрино и антинейтрино в электронные. Точные измерения этих вероятностей позволят определить, какой из трех типов нейтрино является самым легким, а какой самым тяжелым, т. е. определить иерархию масс нейтрино, а также выяснить нарушается ли зарядово-пространственная СР-симметрия в нейтринном секторе. Это нарушение означает не инвариантность физических законов относительно зеркального отражения с одновременной заменой частиц на античастицы. Экспериментально оно проявляется в различии между вероятностями осцилляций для нейтрино и антинейтрино.

Определение иерархии масс очень важно для анализа данных неускорительных экспериментов, в которых пытаются определить, является ли нейтрино дираковской или майорановской частицей. Нарушение СР-инвариантности позволит лучше понять природу ассиметрии в распределении вещества и антивещества, которая наблюдается во Вселенной, состоящей главным образом из материи и небольшой доли антиматерии. Этот дисбаланс мог появиться в процессе возникновения из-за (СР-нарушения) лептон-антилептонной ассиметрии, на ранней стадии образования Вселенной.

В ходе конференции обе коллаборации ученых, NOvA (США) и T2K (Япония) представили свои достижения в области изучения СР-нарушений, которые конкурируют друг с другом. В эксперименте NOvA работают с самыми мощными в мире пучками нейтрино и антинейтрино, которые генерируются в Фермилабе. В этом эксперименте для уменьшения систематических ошибок используются два детектора — меньший в Фермилабе вблизи источника нейтрино, а больший на расстоянии более 800 километров от источника нейтрино. На дальнем детекторе, начиная с 2014 года, были зарегистрированы 82 (33) события, обусловленных взаимодействием электронных нейтрино (антинейтрино), которые появились в пучках мюонных нейтрино в процессе осцилляций. В результате обновленного анализа последних данных, получены указания на иерархию масс нейтрино и соответствующие им ограничения на фазу нарушения СР-инвариантности. Сохранению этой инвариантности соответствует значение δСР  = 0 или  π, а максимальному нарушению δСР  = 1.5π. При нормальной иерархии масс (m1<m2<m3) получено наиболее вероятное значение фазы нарушения СР-инвариантности δСР  = 0.86π (слабое СР-нарушение), а максимальное нарушение СР-инвариантности δСР  = 1.5π исключается на 90% доверительном уровне. При обратной иерархии масс (m3 < m1<m2) получено наиболее вероятное значение δСР ~1.5π. В тоже время, обратная иерархия масс исключается всего лишь, на 68% доверительном уровне. Таким образом, результат эксперимента NOvA предпочитает нормальную иерархию масс и слабое нарушение СР-инвариантности.

В эксперименте Т2К пучок (анти)нейтрино из ускорителя J-PARC направлен в детектор Super-Kamiokande, который находится на расстоянии 295 километров от ускорителя. В этом эксперименте также используются два детектора, и ближний детектор находится на расстоянии 280 метров от протонной мишени. В детекторе Супер-Камиоканде, начиная с 2009 года, были зарегистрированы 108 (16) событий от взаимодействия электронных нейтрино (антинейтрино), которые появились в результате осцилляций мюонных нейтрино (антинейтрино) при прохождении от ближнего к дальнему детектору. Коллаборация Т2К усовершенствовала свой анализ и увеличила статистику событий от электронных нейтрино (RUN 1-10). Как и в предыдущем анализе (RUN 1-9), результаты которого опубликованы в журнале  Nature 589, 339, 2020, было получено указание на максимальное СР-нарушение с наиболее вероятным значением δСР = 1.37π которое, слабо зависит от иерархии масс нейтрино. Новые ограничения на фазу δСР теперь исключают сохранение СР-инвариантности (δСР  = π) с достоверностью не более 90%. 

Таким образом, несмотря на многолетние исследования из-за статистических и систематических ошибок экспериментов вопросы об иерархии масс нейтрино и о нарушении СР-инвариантности в нейтринном секторе остаются открытыми. «Кроме того, результаты экспериментов NOvA и T2K взаимоисключают с достоверностью двух стандартных отклонений наиболее вероятные значения фаз δСР , полученные в этих экспериментах», – сказал участник эксперимента NOvA из Института ядерных исследований РАН, ведущий научный сотрудник Анатолий Буткевич. «Компромисс может быть достигнут, если предположить обратную иерархию масс, которая исключается коллаборацией NOvA на доверительном уровне ~68%. Тогда оба эксперимента указывают на сильное нарушение СР-инвариантности. Однако, в этом случае тау-нейтрино должно быть самым легким,  а мюонное нейтрино – самым тяжелым».

Справочно:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерных исследований Российской Академии наук (ИЯИ РАН) образован в 1970 году постановлением Президиума АН СССР на основе решения Правительства, принятого по инициативе Отделения ядерной физики АН СССР. Институт организован в целях создания современной экспериментальной базы и развития исследований в области физики элементарных частиц и высоких энергий, атомного ядра, физики и техники ускорителей, физики космических лучей, космологии и физики нейтрино. В состав ИЯИ РАН входят  филиал Баксанская нейтринная обсерватория (пос. Нейтрино, КБР), сильноточный линейный ускоритель ионов водорода (г. Троицк, Москва) и Байкальский глубоководный нейтринный телескоп (Слюдянский район, Иркутская область).

антинейтрино институт ядерных исследований ран ияи ран конференция neutrino 2020 нейтрино ран российская академия наук федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт ядерных исследований российской академии наук

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.