Участники коллаборации IceCube рассказали о первых результатах поисков "стерильных нейтрино" – сверхлегких частиц, "общающихся" с иной материей только через гравитационные взаимодействия, сообщает сайт антарктической обсерватории IceCube.
Нейтрино представляют собой мельчайшие элементарные частицы, которые "общаются" с окружающей материей только посредством гравитации и так называемых слабых взаимодействий, проявляющих себя только на расстояниях, существенно меньших размеров ядра атома. К примеру, столкновение нейтрино и протона с крайне малой долей вероятности приводит к рождению нейтрона и позитрона.
В середине прошлого века ученые открыли, что существует три вида таких частиц — – тау, мюонные и электронные нейтрино и их "злые близнецы"-антинейтрино. Наблюдения за Солнцем в 1960 годах и эксперименты нобелевских лауреатов, Артура Макдональда и Такааки Каджиты, показали, что нейтрино разных сортов умеют периодически превращаться друг в друга и обладают ненулевой массой.
Это открытие заставило многих физиков считать, что существует еще и четвертый тип этих частиц – так называемые "стерильные" нейтрино, обладающие чрезвычайно малой массой и не взаимодействующие с другой материей никаким образом, кроме как при помощи сил притяжения. Подобные частицы, как предполагают космологи, могут быть ключом к объяснению процесса расширения Вселенной, существованию темной материи и ряду других загадок мироздания.
Нейтринная обсерватория IceCube, как пишут участники одноименной коллаборации в статье, принятой к публикации в журнале Physical Review Letters, пыталась найти следы относительно легких "стерильных" нейтрино с массой в примерно 1 эВ, наблюдая за потоком космических мюонных нейтрино, "прошивающих" недра Земли при движении в сторону открытого космоса.
Как объясняют ученые, если нейтрино с такой массой действительно существуют, то тогда часть мюонных антинейтрино, рождающихся в верхних слоях атмосферы, будет превращаться не в электронные или тау-нейтрино, а в "стерильные нейтрино", если их энергия будет достаточно высокой. В результате этого число заряженных частиц с подобной энергией, которые они порождают при проходе через атмосферу, должно заметным образом снизиться по сравнению с менее "энергичными" частицами.
Руководствуясь этой идеей, участники коллаборации IceCube попытались найти следы подобной "пропажи" антинейтрино в данных, которые антарктическая обсерватория собирала на протяжении 2011 и 2012 годов при наблюдениях за частицами, чья энергия не превышала 20 ТэВ.
По словам ученых, следов подобной потери антинейтрино им найти не удалось, что говорит о том, что "стерильные" нейтрино с массой примерно в 1 эВ, чье существование было предсказано теоретиками, опиравшимися на странности в частоте превращений разных сортов нейтрино друг в друга, не существуют с вероятностью в 99%.
Тем не менее, как подчеркивают участники IceCube, подобное открытие не означает, что подобные частицы не существуют в принципе – результаты их поисков значительно сузили пределы энергетического "загона", где могут существовать "стерильные" нейтрино, но не полностью ликвидировали его. Вполне вероятно, что обсерватории удастся найти такие частицы после анализа других наборов данных, заключают авторы статьи.