Детектор MicroBooNE, наблюдающий частицы, образующиеся при взаимодействии нейтрино, не обнаружил никаких признаков скрытых частиц, называемых стерильными нейтрино, несмотря на намеки в более ранних экспериментах, - пишет sciencenews.org.
На протяжении десятилетий физики подозревали существование четвертого вида нейтрино. Скрытая, гипотетическая субатомная частица может проникать в исследования нейтрино, почти безмассовых частиц без электрического заряда. Новое исследование ставит под сомнение эту идею, но оставляет неразгаданной загадку того, что вызвало странные результаты в некоторых нейтринных экспериментах.
«У нас все еще нет ответа, - говорит физик Кейт Шольберг из Университета Дьюка, которая не участвовала в получении нового результата. - Это одновременно и приятно, и неудовлетворительно».
Нейтрино, которые бывают трех известных разновидностей, в некоторых экспериментах обнаружены в большем количестве, чем ожидалось. Такое странное поведение породило заманчивую идею, что более незаметный четвертый тип нейтрино, называемый стерильным нейтрино, может ждать своего открытия. Но новые данные эксперимента Micro Booster Neutrino Experiment, или MicroBooNE, говорят в пользу канонического нейтринного трио.
Более ранний эксперимент под названием MiniBooNE, проведенный в Фермилабе в Батавии (штат Иллинойс), в течение многих лет обнаруживал при низких энергиях больше нейтрино, чем ожидалось, и этот намек усилился с появлением большего количества данных в 2018 году. Еще более ранний нейтринный эксперимент, проведенный в 1990-х годах, также обнаружил аналогичный сигнал.
С помощью MiniBooNE ученые исследовали явление, называемое осцилляцией нейтрино. Три известных разновидности нейтрино - электронные нейтрино, мюонные нейтрино и тау-нейтрино - могут трансформироваться или осциллировать от одного типа к другому по мере своего перемещения. MiniBooNE искал электронные нейтрино, образующиеся при осцилляции мюонных нейтрино. Очевидный избыток электронных нейтрино, наблюдаемый MiniBooNE, мог указывать на то, что переключение, казалось, происходило чаще, чем ожидалось, возможно из-за стерильных нейтрино, запутывающих колебания.
Но была загвоздка. Детекторы частиц не могут непосредственно определять нейтрино, вместо этого идентифицируя их, наблюдая, как другие частицы выплевываются, когда нейтрино взаимодействуют внутри детектора. А MiniBooNE имел тенденцию путать электроны - сигнатуру электронных нейтрино - с фотонами - частицами света, которые могли указывать на другую частицу. Это оставило ученых неуверенными, действительно ли избыточные события были электронными нейтрино. Стерильное нейтрино оставалось под вопросом.
Также в Фермилабе в эксперименте используется детектор усовершенствованного типа, который может отличать электроны от фотонов. Поэтому ученые решили исследовать избыточные события, пытаясь выяснить, связаны ли они с электронами или фотонами. Но MicroBooNE, как ни странно, не нашла вообще ничего лишнего. На семинаре 1 октября и в статье, опубликованной на arXiv.org, MicroBooNE в основном исключила возможность дополнительных событий, связанных с фотонами. Новый результат, о котором было сообщено 27 октября во время виртуального семинара, исключает многие возможные типы дополнительных событий с участием электронов, что делает идею стерильного нейтрино менее правдоподобной.
Непонятно, почему в одном эксперименте наблюдался избыток, а в другом - нет. По словам Шольберга, разница между этими двумя измерениями может быть связана с разными материалами, используемыми в детекторах: углеродом в случае MiniBooNE и аргоном для MicroBooNE.
Другие возможные объяснения избыточных событий, которые обнаружил MiniBooNE, еще предстоит исследовать, некоторые из которых могут выходить за рамки стандартной физики. Обнаружения, например, могут включать электроны в паре со своими партнерами из антивещества, позитронами. Эта пара может указывать пальцем на различные гипотетические субатомные вещества, в частности, на то, что называется аксионоподобной частицей.
Исследователи «устранили множество возможностей того, чем могло быть это превышение, поэтому я нашел результаты довольно убедительными, - говорит физик Мэйли Санчес из Университета штата Айова в Эймсе, которая не принимала участия в исследовании. - Вы предоставляете все меньше и меньше мест, где можно спрятаться этим стерильным нейтрино».
Но надежда на стерильные нейтрино не потеряна полностью: более сложный сценарий, включающий стерильное нейтрино в сочетании с другими теоретически новыми явлениями, все еще может объяснить избыточные события.
[Фото: sciencenews.org]
