Крізь ваше тіло щосекунди пролітають трильйони цих частинок: Китай зробив крок до їх розгадки
Китайська підземна обсерваторія JUNO представила перші результати дослідження нейтрино після двох місяців роботи. Надточні вимірювання коливань цих примарних частинок наближають учених до розгадки таємниць Усесвіту.
Перші наукові результати роботи унікального підземного детектора опублікував науковий журнал Nature. Отримані дані підтверджують надзвичайну чутливість обладнання та відкривають нову епоху в дослідженні мікросвіту.
Дивіться також У глибокому космосі знайшли речовину, пов'язану з виникненням життя на Землі
Чому вчені шукають частинки, які майже неможливо помітити?
Дані, отримані фахівцями обсерваторії JUNO, відкривають нову сторінку в дослідженні мікросвіту. Науковці змогли отримати одні з найточніших на сьогодні вимірювань того, як нейтрино змінюють свої типи, або "аромати", під час руху крізь космічний простір.
Нейтрино – це надзвичайно крихітні космічні частинки, які виникли ще під час Великого вибуху. Вони настільки малі, що трильйонами щосекунди пролітають крізь наші тіла та всю планету абсолютно непомітно й без шкоди, оскільки практично не мають маси та не взаємодіють з матерією.
Саме через цю невловимість вчені називають їх "примарними частинками". Вони існують у трьох різних типах (фізики називають їх "аромати"), і під час польоту в космосі нейтрино постійно перетворюються з одного типу на інший.
Як влаштований гігантський підземний детектор JUNO?
Сферичний детектор JUNO розташований на глибині 700 метрів під землею у китайській провінції Гуандун, поблизу міста Кайпін. Таке глибоке розташування необхідне, щоб захистити чутливе обладнання від іншого космічного випромінювання, яке постійно бомбардує поверхню планети. За своїми параметрами JUNO є найбільшим і найчутливішим рідинним сцинтиляторним детектором у світі.
Серце обсерваторії – це гігантська прозора акрилова сфера діаметром 35 метрів, заповнена 20 тисячами тонн рідкого сцинтилятора. Ця речовина спалахує крихітним мерехтінням у відповідь на взаємодію з нейтрино. Сферу оточують десятки тисяч надчутливих фотодетекторів (фотопомножувачів), які здатні зареєструвати навіть окремі фотони світла.
Детектор досліджує антинейтрино – загадкові двійники нейтрино з протилежними властивостями, які утворюються внаслідок ядерних реакцій усередині двох сусідніх атомних електростанцій – Янцзян і Тайшань. Коли ці антинейтрино стикаються з частинками всередині детектора, вони створюють спалах світла, який і фіксують прилади.
Дивіться також Космічний бунтівник: у далекому космосі знайшли чорну діру, що виникла раніше за її галактику
Які наукові завдання стоять перед обсерваторією?
Головна загадка, яку намагаються розв'язати дослідники за допомогою JUNO, полягає в тому, скільки важить кожен "аромат" нейтрино. Наразі відомо, що два типи мають схожу масу, а третій суттєво відрізняється. Проте вчені досі не знають, чи є два типи важкими, а третій легким, чи навпаки. Перші результати роботи обсерваторії доводять, що її обладнання здатне вловити навіть найменші коливання мас і типів цих частинок.
Окрім цього, спектр наукових завдань обсерваторії є значно ширшим. Вона реєструватиме нейтрино від вибухів наднових зірок, що дозволить дізнатися більше про смерть світил, геонейтрино від радіоактивного розпаду всередині Землі для зондування надр планети, а також нейтрино від Сонця й атмосфери.
Розробники детектора наголошують на унікальних технічних можливостях нової підземної установки, яка дозволить вийти на новий рівень точності.
Детектор зможе перевірити найдрібніші коливання, які розділяють типи нейтрино та їхні маси,
– каже Лянцзянь Вень, співавтор дослідження та член колаборації JUNO.
Обсерваторія JUNO розпочала збір даних у серпні. Проте вона не буде єдиною у своєму роді. Протягом наступного десятиліття планується запуск ще двох аналогічних нейтринних детекторів – Hyper-Kamiokande в Японії та Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) у США. Вони будуть перевіряти результати китайського детектора, використовуючи інші наукові підходи. Також варто згадати, що раніше вчені фіксували найенергетичнішу "примарну частинку", яка, ймовірно, прилетіла від струменів чорної діри.
Дослідження нейтрино має колосальне значення для фундаментальної науки. Розуміння маси та поведінки цих частинок допоможе вченим розгадати, як розвивався Всесвіт після Великого вибуху і чому він складається саме з тієї матерії, яку ми бачимо сьогодні.
Успішний старт JUNO та майбутній запуск детекторів у Японії та США відкривають нову епоху в нейтринній фізиці. Спільні зусилля міжнародної спільноти дозволять зазирнути в таємниці мікросвіту, які раніше здавалися недосяжними для людства.