16.04.2020
Сергей Васильев

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

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.
Позавчера, 11:03
Александр Березин

Новая работа в авторитетном научном журнале показала, что за восемь месяцев титр антител от мРНК-вакцин падает в десятки раз, а от векторной — на том же аденовирусе, что «Спутник-лайт» — почти не уменьшается вовсе. На сегодня ясно, что снижение уровня антител — главная причина падения защиты от Pfizer с 90% до 47% за полгода. Значит ли это, что страны, поставившие на аденовирусно-векторные вакцины, сделали лучший выбор? И за счет чего они могли опередить такую вроде бы революционную вакцинную платформу, как мРНК? Наконец: действительно ли «Спутник» может повысить риск заражения ВИЧ, как это утверждают медицинские власти ЮАР?

11 часов назад
Алиса Гаджиева

Археологи обнаружили доказательства того, что доисторическое строение возрастом в 11 тысяч лет использовали для церемониальных действий, а потом преднамеренно засыпали землей.

Вчера, 16:51
Мария Осетрова

Не претендуя на абсолютную точность, новая численная оценка открывает дополнительные возможности для экспериментальной проверки.

18 октября
Елена Синицкая

На днях израильский ныряльщик обнаружил на дне Средиземного моря у Хоф-ха-Кармель древние предметы, среди которых оказался меч удивительной сохранности. По мнению специалистов Израильского управления древностей, железный меч с клинком около одного метра и 30-сантиметровой рукоятью принадлежал крестоносцу и датируется XII веком.

19 октября
Илья Ведмеденко

В КНР испытали монолитный твердотопливный ракетный двигатель, имеющий самую большую тягу в мире. Разработка изделия важна для создания ракет тяжелого класса.

Позавчера, 11:03
Александр Березин

Новая работа в авторитетном научном журнале показала, что за восемь месяцев титр антител от мРНК-вакцин падает в десятки раз, а от векторной — на том же аденовирусе, что «Спутник-лайт» — почти не уменьшается вовсе. На сегодня ясно, что снижение уровня антител — главная причина падения защиты от Pfizer с 90% до 47% за полгода. Значит ли это, что страны, поставившие на аденовирусно-векторные вакцины, сделали лучший выбор? И за счет чего они могли опередить такую вроде бы революционную вакцинную платформу, как мРНК? Наконец: действительно ли «Спутник» может повысить риск заражения ВИЧ, как это утверждают медицинские власти ЮАР?

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

12 октября
Алиса Гаджиева

Две тысячи лет назад многие сооружения строили лучше, чем сегодня.

27 сентября
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

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

Понятно
Лучшие материалы
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: