О проекте
Нас блокируют. Что делать?

Зарегистрироваться | Войти через:

Украина | Политзеки | Свобода слова | Акции протеста | Болотное дело
Читайте нас:
Доступное в России зеркало Граней: http://mirror707.graniru.info/Society/Science/m.120803.html

статья Нейтрино не пожелали "стерилизоваться"

Максим Борисов, 16.04.2007
Реклама

Эксперимент MiniBooNE (вид на детектор). Фото FNAL с сайта New Scientist

О получении важных и весьма долгожданных результатов, связанных с поиском стерильных нейтрино, объявила 11 апреля группа специалистов (77 исследователей из 17 организаций Соединенных Штатов и Великобритании), занятых в эксперименте по нейтринным осцилляциям MiniBooNE (Booster Neutrino Experiment) Национальной лаборатории высокоэнергетических исследований имени Энрико Ферми (Fermilab, Fermi National Accelerator Laboratory - FNAL) в Батавии (штат Иллинойс, США).

Предыстория MiniBooNE связана с историей другого эксперимента - LSND (Liquid Scintillator Neutrino Detector - то есть жидкого сцинтиллятора - детектора нейтрино, по мнению многих физиков, давшего результаты весьма спорные и неоднозначные), который свыше десяти лет назад был поставлен американской Национальной лабораторией Лос-Аламоса (Los Alamos National Laboratory) в штате Нью-Мексико. Данные LSND не только резко отличались от картины, получаемой другими установками, но и позволяли говорить о возможности существования стерильных нейтрино с массой порядка 1 электрон-вольта.

Нейтрино - это элементарные частицы (они относятся к лептонам), в больших количествах рождающиеся в ядерных "топках" звезд, а еще больше их возникает при взрывах сверхновых. Ныне известно три типа (сорта) нейтрино - электронное, мюонное и тау-нейтрино. За последние десять лет экспериментальными методами (в Канаде, Японии и др.) удалось доказать, что нейтрино способны испытывать осцилляции (neutrino oscillations), в ходе которых они переходят из одного типа в другой (о нейтринных осцилляциях свидетельствует также и дефицит нейтрино, который наблюдается в многолетних экспериментах с солнечными нейтрино). Теоретически это возможно только в том случае, если нейтрино обладают ненулевой массой покоя. К настоящему времени еще не удалось получить точные значения всех масс нейтрино (появились лишь известные экспериментальные ограничения на них, для электронного нейтрино это меньше 3 эВ или даже доли электрон-вольта), однако сам факт наличия таких масс, по мнению ряда теоретиков, подразумевает, что должен существовать и четвертый сорт нейтрино - так называемые стерильные нейтрино ("sterile" neutrinos).

Все три известных типа нейтрино ("признанных" Стандартной теорией элементарных частиц) имеют один и тот же спин (1/2) и одну и ту же спиральность - они левополяризованные (антинейтрино, соответственно, правополяризованные). А вот стерильные нейтрино появились "на кончике пера" как правые компоненты в теории Вайнберга-Глэшоу-Салама (объединившей в свое время электромагнитные и слабые взаимодействия). Стерильными они названы потому, что не участвуют даже в обычных слабых взаимодействиях (с участием тяжелых промежуточных бозонов W и Z) и с обычной материей взаимодействуют исключительно гравитационным образом (кстати говоря, стерильные вообще гораздо массивнее, чем известные типы нейтрино). И опять же путем осцилляций обычные состояния нейтрино могут переходить в стерильные (и наоборот). При этом может происходить испускание (или, соответственно, поглощение) бозонов Хиггса (Higgs boson, H).

Если бы масса стерильных нейтрино превышала массу "нормальных" в триллионы раз, то они все уже в течение первой секунды после Большого взрыва должны были бы превратиться в своих более легких "кузенов". А вот если соотношение масс находится в пределах 100 тысяч или около того (т.е. несколько килоэлектронвольт, 1 кэВ - это одна миллионная массы водородного атома), то стерильные все еще могут существовать в нашей Вселенной и распадаться время от времени в более легкие типы нейтрино с излучением фотонов рентгеновского диапазона.

Поиски стерильных нейтрино важны не только для физики элементарных частиц (они могут способствовать как очередному расширению, так и "опровержению" Стандартной теории), но и для космологии. В 1994 году Скотт Доделсон (Scott Dodelson) из Fermilab и Лоренс Видроу (Lawrence Widrow) из Королевского университета в Кингстоне (Queen's University, Канада) предположили, что такие относительно маломассивные стерильные нейтрино могли бы составлять основу темного вещества - то есть неведомого нам пока типа материи, что раз в шесть превосходит по своей полной массе массу всего "нормального" вещества Вселенной. Каково общее число стерильных нейтрино во Вселенной, пока неясно. Если масса стерильных нейтрино составляет порядка нескольких килоэлектронвольт, то их присутствие уже могло бы объяснить полностью феномен темной материи. Кроме того, именно деятельностью стерильных нейтрино можно объяснить отсутствие больших скоплений антивещества в окружающем нас мире (так называемую барионную асимметрию Вселенной). В условиях ранней Вселенной эти стерильные нейтрино, возможно, производили "захват" плазменного "лептонного заряда" ("lepton number"), и таким образом был нарушен "закон сохранения" лептонного заряда, ну а в более позднее время недостаток этого лептонного заряда был конвертирован в барионный заряд, отличный от нуля - возникла асимметрия между барионами (вроде протонов) и антибарионами (вроде антипротонов).

Именно в силу всех этих причин (и из-за далеко идущих последствий возможных интерпретаций) просто "отмахнуться" от данных LSND было никак нельзя, их решили тщательно проверить, набрав большую статистику. Чтобы исключить интерпретирование результатов LSND как нейтринных осцилляций с участием стерильных нейтрино, американские физики занялись поисками признаков осцилляций мюонных нейтрино (порождаемых ускорителем Fermilab) в электронные нейтрино в области, соответствующей "проблемным" наблюдениям LSND (с первоначальными энергиями нейтрино и антинейтрино от 475 МэВ до 3 ГэВ - ну а ниже 0,5 ГэВ осцилляции нейтрино благополучно зафиксированы). 250000-галлонный сцинтиллятор (это примерно миллион литров), заполненный ультрачистым минеральным маслом и детекторами, регистрирующими приход нейтрино, располагался на расстоянии порядка полукилометра от места рождения частиц (которые получались в результате распадов мезонов (пионов и каонов: K+ / π+ →μ+ + νμ), ну а те в свою очередь порождались столкновениями пучков протонов с бериллиевой мишенью). Столкновения между нейтрино из ускорителя и ядрами углерода, входящего в состав вещества сцинтиллятора, фиксировал слой из 1280 фотоумножителей. Вся установка представляла собой сферу диаметром 12,2 метра.

Эксперимент MiniBooNE был одобрен в 1998 году, основная статистика собиралась с 2002 до конца 2005 г. Использовалась методика "слепого эксперимента", что по идее позволяло повысить доверие к полученным данным и результатам их последующего анализа. Доступ к данным в спорной области был до поры до времени блокирован и открыт лишь три недели назад (26 марта). Тогда-то и выяснилось, что никаких признаков осцилляций в данном блоке не обнаруживается.

"Необходимо было подтвердить или опровергать вызывающие удивление результаты LSND, - поясняет Робин Стаффин (Robin Staffin), осуществляющий научное руководство со стороны Министерства энергетики США. - Ведь мы никогда в точности не знаем, какой сюрприз приготовила нам природа. MiniBooNE был весьма важным экспериментом, и работа сделана на прекрасном уровне".

Хотя исследователи теперь решительно исключают интерпретацию результатов LSND как осцилляции между двумя типами нейтрино, их работа еще далеко не окончена. "Мы изучили большую часть наших данных в течение нескольких лет, - пояснил физик из Fermilab Стив Брайс (Steve Brice), координатор группы анализа эксперимента MiniBooNE, - но к этим изолированным данным мы имели доступ лишь в течение очень короткого времени. Необходимо еще провести детальный анализ данных, которые мы наблюдаем в низкоэнергетическом диапазоне. Они не соответствуют тому, что мы ожидали увидеть. Возможно, придется перейти к более экзотическим моделям нейтринных осцилляций, чем это принято сейчас, и мы увидим иную захватывающую физику".

Так что загадки все еще остаются, и на смену одной тайне приходит другая.

Источники:
MiniBooNE opens the box. Results from Fermilab experiment resolve long-standing neutrino question
Results from Fermilab experiment resolve long-standing neutrino question
Fermilab experiment resolves long-standing neutrino question
Experiment Nixes Fourth Neutrino. The Standard Model of particle physics emerges unscathed - for now
MiniBooNE Findings Clarify The Behavior Of Neutrinos
How Did the Universe Survive the Big Bang? In This Experiment, Clues Remain Elusive
Study casts new light on neutrinos

Ссылки:
Вести с элементарно-частичных полей
MiniBooNE Neutrino Result - Guest Blog from Heather Ray
Стерильные нейтрино (блог "Элементов")
Скрытая масса может состоять из стерильных нейтрино
Осцилляции нейтрино - "рентген" для небесных тел?
Физика нейтрино
Нейтринные осцилляции
Нейтрино
Загадки массы
Dark Matter Lighting up the First Stars Sterile Neutrinos fecundate the Creation of Stars - Max-Planck-Institut für Radioastronomie
Did "Dark Matter" Create the First Stars? Dark matter could be "sterile" neutrinos, whose decay led to the formation of stars in the early universe - Max Planck Society - Press Release
'Sterile' neutrinos may solve cosmic conundrums - New Scientist
Relic keV sterile neutrinos and reionization - arXiv

Максим Борисов, 16.04.2007



новость Новости по теме
Фото и Видео

Реклама

Наши спонсоры
Выбор читателей