Осцилляции между электронным и тау-нейтрино больше, чем считалось ранее
28 апреля 2012 года
<dynamicpagelist> category = Опубликовано category = Физика count = 3 orcer = addcategory suppresserrors = true namespace = Main addfirstcategorydate = true </dynamicpagelist>
<dynamicpagelist> category = Опубликовано category = Наука count = 5 notcategory = Физика orcer = addcategory suppresserrors = true namespace = Main </dynamicpagelist>
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.
 |
См. также: Впервые зарегистрированы солнечные нейтрино от протон-электрон-протонных реакций |
|
См. также: Нейтрино осциллируют медленнее, чем антинейтрино? |
|
См. также: Открыт четвёртый аромат нейтрино? |
Источники
править- Janet Conrad Viewpoint: Rethinking the Neutrino (Английский) // Physics. — 2012. — Vol. 5. — P. 47. — DOI:10.1103/Physics.5.47
- F. P. An et al. Observation of Electron-Antineutrino Disappearance at Daya Bay (Английский) // Phys. Rev. Lett.. — 2012. — Vol. 108. — P. 171803. — DOI:10.1103/PhysRevLett.108.171803
- K. Abe et al. (T2K Collaboration) Indication of Electron Neutrino Appearance from an Accelerator-Produced Off-Axis Muon Neutrino Beam (Английский) // Phys. Rev. Lett.. — 2011. — Vol. 107. — P. 041801. — DOI:10.1103/PhysRevLett.107.041801
- P. Adamson et al. (MINOS Collaboration) Improved Search for Muon-Neutrino to Electron-Neutrino Oscillations in MINOS (Английский) // Phys. Rev. Lett.. — 2011. — Vol. 107. — P. 181802. — DOI:10.1103/PhysRevLett.107.181802
- Y. Abe et al. (Double Chooz Collaboration) Indication of Reactor ν̅ e Disappearance in the Double Chooz Experiment (Английский) // Phys. Rev. Lett.. — 2012. — Vol. 108. — P. 131801. — DOI:10.1103/PhysRevLett.108.131801
- Soo-Bong Kim et al. (RENO collaboration) Observation of Reactor Electron Antineutrino Disappearance in the RENO Experiment (Английский) // Phys. Rev. Lett.. — 2012.