Осцилляции между электронным и тау-нейтрино больше, чем считалось ранее

28 апреля 2012 года

Другие новости физики
Wikinoticias Ciencia y Tecnología.svg
Другие новости науки
Также посетите портал «Наука»

В журнале Physical Review Letters вышла статья учёных, работающих в нейтринном эксперименте Daya Bay, в которой они утверждают, что им удалось показать, что осцилляции между электронным и тау-нейтрино совсем не так малы, как это считалось ранее.

Осцилляциями нейтрино называется явление самопроизвольного превращения одного типа нейтрино в другой. Как известно, существует три типа нейтрино, отличающихся массой и так называемым ароматом: электронное нейтрино, мюонное и тау-нейтрино. Несмотря на то, что с классической точки зрения самопроизвольное превращение одной частицы в другую выглядит чем-то фантастическим, в квантовой механике такое возможно.

Несмотря на большое количество проведённых экспериментов, учёным долгое время не удавалось обнаружить превращение электронного нейтрино в тау-нейтрино. Были хорошо известны скорости превращения электронного нейтрино в мюонное и мюонного в тау-, но зарегистрировать с достаточной точностью осцилляции между электронным и тау-нейтрино не удавалось. Это даже привело к появлению гипотезы, что такое превращение запрещено.

Только в 2011 году начали появляться экспериментальные работы с признаками того, что эти осцилляции не так уж и малы. В июле вышла работа японской коллаборации T2K, а в октябре — фермилабовского MINOS. К сожалению их эксперименты были весьма неточны и не позволяли сделать однозначного вывода. Связано это было в первую очередь с методикой эксперимента. В них пытались найти признаки наличия тау-нейтрино в потоке электронных нейтрино. Такой поиск осложняется наличием ряда неизвестных параметров, приводящих к большой относительной ошибке измерений.

Чтобы получить более точные результаты, исследователи применили другую тактику: вместо того, чтобы искать тау-нейтрино, они измеряли ослабление с расстоянием потока электронных нейтрино. Для этого, конечно, необходимо иметь ни один детектор, а несколько, расположенных последовательно на пути потока. И такие системы уже созданы. Одна из них, как раз Daya Bay, содержащая шесть детекторов.

Для детектирования электронного нейтрино (вернее антинейтрино, поскольку именно их поток создаётся в ядерном реакторе) используется реакция взаимодействия с протоном, в результате которой рождается позитрон и нейтрон. Сечение этой реакции известно с высочайшей точностью, поэтому энергия антинейтрино может быть легко определена. Главной технической сложностью в эксперименте являлось детектирование нейтронов. Эффективность их захвата была повышена многократно за счёт использования специальных сцинтилляторов, допированных гадолинием. Этим методом китайской группой удалось показать, что осцилляции относительно велики, а вероятность того, что они отсутствуют, исключена с вероятностью 5,2σ (стандартных отклонений), что позволяет говорить об открытии в физике элементарных частиц (открытием считается экспериментальный факт, установленный с точностью 5σ).

Вообще говоря, результат Daya Bay - не первый, полученный этим методом. Ранее были опубликованы результаты французского эксперименты Double Chooz, но им не удалось достичь такой высокой точности. Заметим также, что результат уже подтверждён независимым экспериментом в Корее, проведённым коллаборацией RENO. Их работа, правда, пока опубликована только на сайте arXiv.org, но вскоре должна появиться и в Physical Review Letters.



ИсточникиПравить