Поведение нейтрино указало на возможное решение проблемы дефицита антиматерии во Вселенной — Naked Science
8 минут
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.
Сегодня, 14:43
7 минут
Василий Парфенов

Фанаты эпической киноленты «Космическая одиссея 2001 года» могут ликовать: на Земле нашли объект, похожий на показанные в фильме монолиты. Необычный металлический артефакт обнаружили сотрудники Департамента общественной безопасности штата Юта во время рутинного облета территорий.

8 часов назад
7 минут
Мария Азарова

Попадание патогена в эпителий слизистой дыхательных путей и захват вирусом бокаловидных клеток приводит к нарушению слизистого барьера. Из-за уменьшения количества муцина снижается не только обонятельная чувствительность, но и возникают неприятные ощущения в носу и рту, в том числе сухость.

Позавчера, 16:14
5 минут
Денис Гордеев

До нынешнего года эти окаменелости видели воочию считаные десятки людей.

Сегодня, 14:43
7 минут
Василий Парфенов

Фанаты эпической киноленты «Космическая одиссея 2001 года» могут ликовать: на Земле нашли объект, похожий на показанные в фильме монолиты. Необычный металлический артефакт обнаружили сотрудники Департамента общественной безопасности штата Юта во время рутинного облета территорий.

22 ноября
24 минуты
Александр Березин

Планеты вокруг нашего Солнца расположены совсем не так, как в других системах. И это имеет крайне необычные практические последствия: расчеты показывают, что вокруг нашей звезды должны вращаться две потенциально обитаемые планеты, а не одна, как сейчас. Одна из них куда-то бесследно исчезла – и это еще в лучшем случае. Рассказываем, почему так получилось и кто конкретно в этом виноват.

Позавчера, 16:14
5 минут
Денис Гордеев

До нынешнего года эти окаменелости видели воочию считаные десятки людей.

14 ноября
35 минут
Василий Парфенов

На вопрос, кто проживает на дне океана, люди отвечают по-разному. Дети и некоторые взрослые скажут: Губка Боб Квадратные Штаны. Фанаты Лавкрафта благоговейно, но с огоньком в глазах пробормочут нечто вроде «Ктулху фхтагн». А подводники и океанологи задумчиво посмотрят на вопрошающего и, если повезет, расскажут много интересного. Про квакеров, «биоуток», «блуп» и еще Посейдон его знает какие аномальные явления подводного мира.

2 ноября
10 минут
Василий Парфенов

Совсем недавно первые комплекты оборудования Starlink начали поступать простым пользователям, и они уже активно делятся опытом использования. Бета-тестирование под девизом «Лучше, чем ничего» позволяет оценить возможности готовой менее чем на 10% спутниковой группировки. И они впечатляют!

27 октября
4 минуты
Денис Гордеев

Ученые пришли к выводу, что искусственные подсластители не могут быть здоровой заменой сладким напиткам.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: