В поисках строительного блока Вселенной: ученые открыли новый раздел в физике

Microboone, эксперимент, стерильное нейтрино
Электроника Microboone расположена на платформе, которая блокирует космическое излучение, влияющее на результаты.

По словам ученых, которые искали жизненно важный строительный блок во Вселенной, был открыт новый раздел в физике.

Ученые провели эксперимент, чтобы найти неуловимую субатомную частицу, ключевой компонент материи – стерильное нейтрино. Его поиски не увенчались успехом, но эти результаты приведут физиков к еще более интересным теориям, которые помогут объяснить, как возникла Вселенная, сообщает CNN.

Значительная часть физиков развивает свои теории на основании того, что существование стерильного нейтрино было возможным.

"Результат эксперимента действительно удивителен, потому что он оказывает влияние на новые теории в физике элементарных частиц и космологии", — говорит Марк Томсон, руководитель Совета по науке и технологиям Великобритании, который финансируют свою часть эксперимента Microboone.

Эксперимент Microboone проводится в Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми в Батавии, штат Иллинойс, США. В этом проекте задействованы физики из многих стран.

Нейтрино

Нейтрино — это неуловимые субатомные частицы, которые пронизывают Вселенную, но они почти не взаимодействуют с материей вокруг нас. Каждую секунду миллиарды нейтрино пронизывают Землю и все живые существа на ней.

Нейтрино бывают трех типов:

  • Электронное нейтрино
  • Мюонное нейтрино
  • Тау-нейтрино

В 1998 году японские ученые обнаружили, что нейтрино меняют свои типы во время путешествия. Стандартная модель, которая описывает электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех элементарных частиц, не может полностью объяснить такое изменение типов нейтрино.

Некоторые физики считают, что, если они выяснят, почему нейтрино имеет такую ​​крошечную массу, что позволяет им менять свой тип, — это даст им более глубокое понимание того, как работает Вселенная и, в частности, как она возникла.

Нейтрино, элементарные частицы
Фото: BBC

Материя и антиматерия

Ученые сейчас считают, что после Большого взрыва появилось равное количество материи и антиматерии. Но когда эти два противоположных вещества встречаются, они уничтожают друг друга с высвобождением энергии. Если бы в ранней Вселенной было равное количество материи и антиматерии, они должны нейтрализовать друг друга. Но большая часть Вселенной состоит из обычной материи с гораздо меньшим количеством антиматерии.

Некоторые ученые считают, что в нейтрино, изменяющем тип, содержится космическая "ловкость рук", которая позволила некоторой материи выжить после Большого взрыва и создать планеты, звезды и галактики, составляющие Вселенную.

В 1990-х годах в ходе эксперимента в Лос-Аламосской национальной лаборатории Министерства энергетики США было произведено больше электронных нейтрино, чем можно было бы объяснить с помощью теории трех нейтрино, меняющих тип. Этот результат был подтвержден еще одним экспериментом в 2002 году.

Стерильное нейтрино

Физики предположили, что существует четвертый тип нейтрино — стерильное нейтрино. Они решили, что этот тип частицы может объяснить большое количество электронных нейтрино и сможет дать представление о том, почему частицы меняют свой тип.

Свое название стерильные нейтрино получили из-за того, что они вообще не взаимодействуют с материей, в то время как другие нейтрино могут это делать, хотя и очень редко. Если бы удалось обнаружить стерильное нейтрино, это было одним из величайших открытий в субатомной физике, потому что эта частица не является частью Стандартной модели.

Эксперимент Microboone

Около 200 ученых из пяти стран, разработали и построили эксперимент Micro Booster Neutrino, или Microboone, чтобы найти стерильное нейтрино. Microboone – это 150 тонная проекционная камера с жидким аргоном. Детекторы Microboone очень чувствительны, но ученые по результатам эксперимента не нашли никаких признаков стерильного нейтрино.

Microboone, эксперимент, стерильное нейтрино
Детектор Microboone длиной 12 м находится внутри большого криогенного резервуара, заполненного 150 тоннами жидкого аргона при -186 °C.
Фото: BBC

Новый раздел физики

Но полученный результат – это еще не конец истории, а только начало новой главы в физике, говорят ученые. По словам Сэм Зеллер из Лаборатории Ферми то, что не было обнаружено стерильное нейтрино, не говорит о том, что это противоречит предыдущим выводам.

"Предыдущие данные не лгут", — говорит она. "Происходит что-то очень интересное, и это нам еще нужно объяснить. Данные указывают на что-то более сложное и это действительно захватывающе".

Джастин Эванс из Манчестерского университета считает, что загадка, вызванная последними открытиями, знаменует собой поворотный момент в исследованиях нейтрино.

"Результаты эксперимента Microboone ведут нас в новом направлении, и мы собираемся раскрыть причину некоторых из этих загадок".