Найточніші вимірювання "частинки привида" наблизили фізиків до розгадки існування Всесвіту
- Японський експеримент T2K та американський NOvA об'єднали бази даних для спільного аналізу нейтринних осциляцій, що дозволило отримати найточніші вимірювання цих частинок.
- Об'єднані дані досліджень можуть допомогти визначити ієрархію мас нейтрино та виявити порушення CP-симетрії, що пояснить домінування матерії над антиматерією у Всесвіті.
Два найбільші у світі нейтринні експерименти, японський T2K та американський NOvA, вперше об’єднали свої бази даних для спільного аналізу. Ця співпраця дозволила науковцям отримати безпрецедентно точні вимірювання того, як нейтрино змінюють свій тип під час руху.
Результати дослідження закладають фундамент для розуміння того, чому після бурхливого народження Всесвіту матерія не анігілювала повністю, а збереглася для формування зірок і життя, розповідає 24 Канал з посиланням на SciTechDaily.
Дивіться також Експеримент у CERN змінив уявлення про утворення золота і платини у космосі
Яку роль відіграють нейтрино у дисбалансі матерії?
Фізики виходять з теорії, що в момент народження Всесвіту матерія та антиматерія мали б утворитися в рівних пропорціях. За такого сценарію вони б повністю знищили одна одну при контакті, залишивши лише енергію. Однак матерія якимось чином вціліла, що призвело до появи планет та живих організмів.
Причину цього космічного дисбалансу вчені досі не можуть пояснити остаточно, але підозра падає на нейтрино – крихітні, майже безмасові частинки, які здатні спонтанно змінювати свій "аромат" або тип під час подорожі крізь простір. Цей процес відомий як нейтринна осциляція.
Чому це важлива робота?
Проблема вивчення цих частинок полягає в їхній слабкій взаємодії з речовиною. Науковий співробітник Університету штату Мічиган Джозеф Волш пояснює, що крізь тіло людини щосекунди пролітають сотні трильйонів сонячних нейтрино, не зачіпаючи його. Для їх фіксації потрібні потужні джерела та велетенські детектори. Саме такими є T2K та NOvA.
Це експерименти з довгою базою: вони генерують пучок нейтрино та спрямовують його на два детектори – один розташований поруч із джерелом, а інший – за сотні кілометрів. Порівняння даних з обох точок дозволяє відстежити зміни частинок.
Спільний аналіз, опублікований у журналі Nature, став можливим завдяки тому, що експерименти працюють з різними енергетичними діапазонами та відстанями, доповнюючи один одного. Кендалл Ман, професорка фізики та астрономії, зазначила, що об'єднання зусиль дозволило досягти точності, недоступної для кожного проєкту окремо.
Для чого все це потрібно?
Однією з головних цілей роботи є визначення ієрархії мас нейтрино. Кожен "аромат" частинки є сумішшю трьох масових станів. Існує два варіанти: "нормальна" ієрархія (два легких стани й один важкий) або "обернена".
Це безпосередньо впливає на те, як поводяться нейтрино та їхні антиподи – антинейтрино. Якщо вони поводяться по-різному, це свідчитиме про порушення зарядової парності (CP-симетрії). Саме таке порушення може бути ключем до пояснення домінування матерії над антиматерією.
Об'єднані дані, що охоплюють вісім років роботи NOvA та десять років T2K, поки що не дають однозначної відповіді щодо ієрархії мас. Однак результати вказують на важливу деталь: якщо в майбутньому підтвердиться обернена ієрархія, то отримані дані свідчитимуть про наявність порушення CP-симетрії.
Відсутність такого порушення позбавила б науку одного з головних пояснень існування Всесвіту в нинішньому вигляді.
Простіше кажучи: вчені ще не знайшли "скарб", але завдяки об'єднанню даних вони відкинули хибні маршрути й зрозуміли, де саме треба копати далі.
У проєкті взяли участь сотні фахівців: команда NOvA налічує понад 250 вчених із 49 установ, а T2K – понад 560 учасників із 75 інституцій. Представник T2K Томаш Носек наголосив, що ці результати є плодом взаєморозуміння двох унікальних колаборацій, які використовують різні методи та інструменти для досягнення спільної наукової мети.