• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
16.04.2020
Сергей Васильев
8 577

Поведение нейтрино указало на возможное решение проблемы дефицита антиматерии во Вселенной

6.9

Нейтринный детектор обнаружил небольшие различия в осцилляциях частиц нейтрино и антинейтрино, и этих различий может быть достаточно для того, чтобы объяснить доминирование вещества над антивеществом в нашей Вселенной.

Внутри детектора Super-Kamiokande
Внутри детектора Super-Kamiokande / ©The Institute for Cosmic Ray Research of the University of Tokyo / Автор: Павел Сорокин

С каждой частицей обычной материи соотносится соответствующая частица антиматерии, точно такая же по массе, но несущая противоположный электрический заряд. С точки зрения известных нам законов физики разницы между ними нет — это свойство называется СР-симметрией. Между тем очевидно, что во Вселенной обычная материя доминирует, а антивещества в ней практически нет.

Более того, разница между ними должна была проявиться еще на самых ранних этапах ее развития, в период бариогенезиса (10-35-10-32 секунды от Большого взрыва). Иначе равные количества вещества и антивещества взаимно уничтожили бы друг друга, и Вселенная осталась бы заполненной одними фотонами.

Эта загадка остается одной из самых актуальных фундаментальных проблем, и ученые уже десятки лет ищут механизмы возможного нарушения СР-симметрии, которые могли бы привести к аннигиляции антиматерии и сохранению обычной. Некоторые такие нарушения действительно были обнаружены в поведении кварков, однако они слишком незначительны и не могут полностью решить исходную проблему. Для этого СР-инвариантность должна нарушаться и у лептонов — куда более многочисленных частиц, включающих электроны и нейтрино.

Напомним, частицы нейтрино — невероятно мелкие и юркие, они практически не взаимодействуют с обычным веществом и могут пройти сквозь Землю и Солнце так, словно те прозрачны. Для того чтобы нейтрино как-то проявило себя, ему необходимо фактически столкнуться с ядром атома «лоб в лоб». Поэтому для их обнаружения используют большие объемы чистой воды или льда, максимально изолированные от попадания частиц извне. Лишь нейтрино, проникая внутрь, иногда взаимодействуют с ядрами, создавая новые частицы и редкие вспышки черенковского излучения, которые регистрируют сверхчувствительные фотоэлементы.

Так действует японский детектор нейтрино Super-Kamiokande, находящийся глубоко в толще гор и заполненный примерно 50 тысячами тонн воды. Для повышения частоты событий он работает с потоком частиц, которые создаются расположенным в 300 километрах источником — ускорителем J-PARC. Система используется в рамках международного эксперимента Т2К, посвященного исследованиям нейтринных осцилляций — перехода одного вида нейтрино в другой. В новой статье, опубликованной в журнале Nature, участники коллаборации Т2К представили результаты этой работы, проводившейся начиная с 2010 года. И хотя однозначных свидетельств нарушения СР-инвариантности у лептонов авторы пока не обнаружили, они нашли достаточно свидетельств, что она существует.

Дело в том, что нейтрино бывают трех видов — электронное, мюонное и тау-, причем каждая из этих частиц способна превращаться в любую. Это явление и называется осцилляциями, и теоретически они должны одинаково проходить и у нейтрино, и у парных им электронного, мюонного и тау-антинейтрино. Сталкиваясь с водой детектора, мюонное нейтрино порождает мюон, а электронное — электрон, и фотодетекторы позволяют различить эти события. Проведя такие наблюдения, ученые изменили параметры работы ускорителя и повторили их с потоком антинейтрино, сопоставив полученные результаты.

Нейтрино настолько неуловимы, что за десяток лет работы и триллионы столкновений протонов на J-PARC детектор зафиксировал в общей сложности 90 электронных нейтрино. Однако электронных антинейтрино оказалось и того меньше, всего 15. Это позволяет предположить, что осцилляции с превращением мюонных нейтрино в электронные происходят чаще, чем аналогичный переход у антинейтрино. И если для нейтрино СР-инвариантность действительно может нарушаться, то этого достаточно для объяснения проблемы барионной асимметрии Вселенной в рамках существующих моделей.

Впрочем, авторы — а их у новой статьи более 300 — подчеркивают, что результаты еще далеко не окончательны. Точный расчет показывает, что эксперименты позволяют говорить об этом лишь с уверенностью в 95 процентов — куда ниже 99,7 процента, которые обычно считаются границей, за которой можно было бы утверждать о надежно подтвержденном открытии.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 12:38
ПНИПУ

Происхождение нефти и газа стали изучать еще до возникновения нефтяной промышленности. О генезисе важных ресурсов до сих пор нет единого мнения. Ученые Пермского Политеха рассказали, откуда они взялись на нашей планете, возможна ли их добыча в космосе, как нефть используется в продуктах питания и что такое «дверь в преисподнюю».

Вчера, 08:35
Полина Меньшова

Ледник Туэйтса в Западной Антарктиде, который также называют «ледником Судного дня», может растаять раньше, чем считали ученые. Теплые океанские воды воздействуют на него сильнее, чем предполагалось, показали новые спутниковые данные.

Позавчера, 16:56
Андрей

Группа энтомологов решила уточнить, откуда происходят предки современных рыжих тараканов и каким образом те захватили человеческие жилища почти на всех континентах. Для этого ученые секвенировали ДНК примерно 300 насекомых и смоделировали наиболее вероятные сценарии расселения на основе генетической информации.

20 мая
Полина Меньшова

Британский учитель географии Грэм Сеньор работал в саду и случайно обнаружил в земле небольшой прямоугольный камень. Оказалось, что на артефакте высечен текст, написанный с помощью древнего кельтского алфавита огам.

Позавчера, 16:56
Андрей

Группа энтомологов решила уточнить, откуда происходят предки современных рыжих тараканов и каким образом те захватили человеческие жилища почти на всех континентах. Для этого ученые секвенировали ДНК примерно 300 насекомых и смоделировали наиболее вероятные сценарии расселения на основе генетической информации.

18 мая
Полина Меньшова

При гипертонии пациентам рекомендуют аэробные тренировки, включающие в себя, например, ходьбу, бег, танцы, езду на велосипеде. Но такая физическая нагрузка положительно влияет на артериальное давление только в вечернее время, выяснили физиологи из Бразилии и США.

24 апреля
Ольга Иванова

Ученые из Австралии и Канады пришли к выводу, что подавляющее большинство одиноких людей не вступает в романтические отношения из-за страха. С одной стороны ими руководят опасения, что их отвергнут, с другой — что они потеряют свою независимость.

15 мая
НИУ ВШЭ

Международный коллектив исследователей при участии ученых из Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ изучил, как выбор иностранного языка влияет на когнитивные способности человека. Оказалось, что языки, непохожие на родной, стимулируют когнитивную функцию на начальном этапе их изучения, а близкие к родному имеют отложенный эффект и помогают мозгу эффективнее работать при более высоком уровне владения иностранным языком.

3 мая
Василий Парфенов

Ледяной покров Антарктики претерпевает значительные изменения на протяжении года, и его поведение хорошо изучено в общем. Но некоторые локальные аномалии объяснить не получается вот уже несколько десятилетий. Одна из них — полынья возвышения Мод, или полынья моря Уэдделла, которая появляется нерегулярно на одном и том же месте. Международная команда океанологов, наконец, смогла разгадать механизмы ее образования.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: