Фізики, які працювали з експериментом MicroBooNE, остаточно виключили існування четвертого типу нейтрино – гіпотетичного «стерильного» нейтрино – з 95% упевненістю. Це відкриття закриває важливу главу у фізиці елементарних частинок, усуваючи одне з провідних пояснень аномалій, які спостерігалися в попередніх нейтринних експериментах.
Що таке нейтрино і чому це важливо?
Нейтрино — фундаментальні субатомні частинки, відомі своєю невловимістю. На відміну від більшості речовин, вони взаємодіють настільки слабо, що можуть проходити крізь цілі планети, не стикаючись ні з одним атомом. Стандартна модель фізики елементарних частинок, на сьогоднішній день найкращий опис будівельних блоків Всесвіту, передбачає лише три типи: електронні, мюонні та тау-нейтрино. Відомо, що ці частинки осцилюють — змінюють один тип на інший, але деякі попередні експерименти показали поведінку, яка не зовсім відповідає цій моделі.
Гіпотеза стерильного нейтрино
Щоб пояснити ці розбіжності, фізики припустили існування четвертого «стерильного» нейтрино. На відміну від інших, він взагалі не взаємодіятиме з матерією, окрім гравітації, що робить його неймовірно складним для виявлення. Ідея отримала підтримку, оскільки потенційно могла вирішити незрозумілі флуктуації, які спостерігалися в попередніх експериментах.
Десятирічний пошук MicroBooNE
Колаборація MicroBooNE витратила десять років на збір та аналіз даних двох різних пучків нейтрино. Вони ретельно вимірювали коливання нейтрино, шукаючи будь-які ознаки невловимої стерильної частинки. Результат? Жодних доказів. Результати команди, опубліковані в журналі Nature, фактично виключають це популярне пояснення аномальної поведінки нейтрино.
«Цей результат є поворотним моментом», — сказав доктор Ендрю Мастбаум з Рутгерського університету, провідний дослідник проекту. «Ми можемо виключити одного з головних підозрюваних, але це не зовсім розгадує таємницю».
Що це означає для фізики?
Виключення стерильного нейтрино не означає, що Стандартна модель ідеальна. Він досі не може пояснити такі явища, як темна матерія, темна енергія та гравітація. Однак результат MicroBooNE звужує пошук фізики за межами Стандартної моделі. Виключивши одну можливість, вчені тепер можуть зосередитися на інших потенційних поясненнях.
Він також надає цінну інформацію для майбутніх експериментів, включаючи майбутній глибокопідземний нейтринний експеримент (DUNE). Методи, розроблені MicroBooNE, будуть критично важливі для вирішення більш фундаментальних питань про склад і поведінку Всесвіту.
По суті, пошук фізики за межами Стандартної моделі триває, тепер з однією тупиковою гілкою менше. Всесвіт залишається повним таємниць, але це відкриття є значним кроком до їх розгадки.
Співпраця MicroBooNE. 2025. Пошук легких стерильних нейтрино двома пучками нейтрино на MicroBooNE. Природа 648, 64-69; doi: 10.1038/s41586-025-09757-7
