Физики, работающие с экспериментом MicroBooNE, окончательно исключили существование четвертого типа нейтрино — гипотетического «стерильного» нейтрино — с уверенностью в 95%. Это открытие закрывает важную главу в физике элементарных частиц, устраняя одно из ведущих объяснений аномалий, наблюдаемых в предыдущих нейтринных экспериментах.
Что Такое Нейтрино и Почему Оно Важно?
Нейтрино — фундаментальные субатомные частицы, известные своей неуловимостью. В отличие от большинства материи, они взаимодействуют настолько слабо, что могут проходить сквозь целые планеты, не сталкиваясь ни с одним атомом. Стандартная модель физики элементарных частиц, на сегодняшний день лучшее описание строительных блоков вселенной, предсказывает только три типа: электронное, мюонное и тау-нейтрино. Эти частицы, как известно, осциллируют — превращаются из одного типа в другой, — но некоторые предыдущие эксперименты показали поведение, которое не совсем соответствовало этой модели.
Гипотеза о Стерильном Нейтрино
Чтобы объяснить эти расхождения, физики предложили существование четвертого «стерильного» нейтрино. В отличие от других, оно вообще не взаимодействовало бы с материей, кроме гравитационного, что делало бы его невероятно трудно обнаружимым. Идея получила поддержку, поскольку могла потенциально разрешить необъяснимые колебания, наблюдаемые в более ранних экспериментах.
Десятилетние Поиски MicroBooNE
Коллаборация MicroBooNE десять лет собирала и анализировала данные из двух различных нейтринных пучков. Они тщательно измеряли, как нейтрино осциллируют, ища любые признаки неуловимой стерильной частицы. Результат? Никаких доказательств. Результаты команды, опубликованные в журнале Nature, эффективно исключают это популярное объяснение аномального поведения нейтрино.
«Этот результат — поворотный момент», — заявил доктор Эндрю Мастбаум из Университета Рутгерса, ведущий исследователь проекта. «Мы можем исключить одного из главных подозреваемых, но это не совсем решает тайну».
Что Это Означает для Физики?
Исключение стерильного нейтрино не означает, что Стандартная модель совершенна. Она все еще не может объяснить такие явления, как темная материя, темная энергия и гравитация. Однако результат MicroBooNE сужает область поиска физики за пределами Стандартной модели. Исключив одну возможность, ученые теперь могут сосредоточиться на других потенциальных объяснениях.
Это также дает ценную информацию для будущих экспериментов, включая предстоящий Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE). Методы, разработанные MicroBooNE, будут иметь решающее значение при решении более фундаментальных вопросов о составе и поведении вселенной.
По сути, поиск физики за пределами Стандартной модели продолжается, теперь с одной тупиковой ветвью меньше. Вселенная остается полной загадок, но это открытие — значительный шаг к их разгадке.
MicroBooNE Collaboration. 2025. Search for light sterile neutrinos with two neutrino beams at MicroBooNE. Nature 648, 64-69; doi: 10.1038/s41586-025-09757-7
