Поведение нейтрино указало на возможное решение проблемы дефицита антиматерии во Вселенной — Naked Science
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.
8 часов назад
47 минут
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

Вчера, 11:36
67 минут
Ольга Иванова

Своими корнями история Армении уходит в глубокую древность и неразрывно связана с историей всего Древнего мира. Но зачастую, зная в деталях историю Рима и Древней Греции, мы в гораздо меньшей степени осведомлены о событиях, происходивших в Античное время в Армении, оказавшейся на перекрестке цивилизаций Запада и Востока. В силу многих причин она не попала в должном объеме в учебники и незнакома тем, кто интересуется историей. Попытаемся хоть немного исправить эту несправедливость.

Вчера, 15:39
5 минут
Илья Ведмеденко

Специалистам «Роскосмоса» удалось запустить основные двигатели нового модуля «Наука». Ранее сообщалось о технических неполадках, возникших после старта.

8 часов назад
47 минут
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

Вчера, 11:36
67 минут
Ольга Иванова

Своими корнями история Армении уходит в глубокую древность и неразрывно связана с историей всего Древнего мира. Но зачастую, зная в деталях историю Рима и Древней Греции, мы в гораздо меньшей степени осведомлены о событиях, происходивших в Античное время в Армении, оказавшейся на перекрестке цивилизаций Запада и Востока. В силу многих причин она не попала в должном объеме в учебники и незнакома тем, кто интересуется историей. Попытаемся хоть немного исправить эту несправедливость.

21 июля
4 минуты
Сергей Васильев

До сих пор было неизвестно, могут ли плоды передавать сигналы материнскому растению, но опыты, поставленные на томатах, показали, что это действительно происходит.

13 июля
4 минуты
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
6 минут
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

11 июля
28 минут
Александр Березин

Еще год назад почти все были уверены, что эпидемия быстро закончится. Ведь научные исследования говорили: иммунитет переболевших очень сильный, а повторные заболевания крайне редки. Российские власти все еще верят в это: глава Роспотребнадзора Анна Попова утверждает, будто повторно болеет только 1%. От этого в России до сих пор ждут достижения «группового иммунитета» осенью — и, разумеется, снятия ковидных ограничений. К сожалению, это пустые надежды. Данные из других стран вообще не показывают реальной возможности достичь группового иммунитета за счет переболевших. Разбираемся в деталях.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: