Коллектив российских ученых получил новые доказательства в пользу существования стерильных нейтрино, которые, возможно, являются частицами темной материи – загадочной субстанции, которой наполнена Вселенная, сообщила пресс-служба Национального исследовательского центра "Курчатовский институт". Считается, что подтверждение наличия в природе стерильных нейтрино произведет революцию в физике элементарных частиц.
Нейтрино (уменьшительное от "нейтрон") – легчайшая элементарная нейтральная частица из класса лептонов. Известны три вида этих частиц - электронное, мюонное и тау-нейтрино. Они обладают гигантской проникающей способностью: могут пролететь через вещество расстояние в сотни световых лет, ни разу не вступив с ним во взаимодействие. Нейтрино одного вида могут превращаться в нейтрино другого вида, это явление называется нейтринными осцилляциями.
Физики не исключают, что есть четвертый тип этой частицы – стерильное нейтрино, которое вообще не взаимодействует с веществом. Сейчас появились некоторые косвенные указания на существование таких нейтрино, которые могут оказаться частицами темной материи. Судить об их существовании можно лишь по факту исчезновения и появления обычных нейтрино в процессе осцилляций.
В настоящее время считается, что на долю обычной материи приходится около 5% массы Вселенной, на темную материю, которую пока удалось обнаружить лишь по косвенным признакам — более 25%. Остальная масса Вселенной, как полагают ученые, приходится на темную энергию.
Эксперимент и результаты
Для экспериментов по исчезновению обычных нейтрино в качестве их источников лучше всего использовать ядерные реакторы. Наиболее подходящим для выполнения в России эксперимента "Нейтрино-4" по поиску нейтринных осцилляций на коротких расстояниях оказался исследовательский реактор СМ-3, действующий на предприятии госкорпорации "Росатом" "Научно-исследовательский институт атомных реакторов" (НИИАР, Димитровград, Ульяновская область).
Коллаборацию "Нейтрино-4" возглавляют специалисты входящего в Курчатовский институт Петербургского института ядерной физики имени Константинова (ПИЯФ, Гатчина). В ней также участвуют ученые Курчатовского института из Москвы, а также сотрудники НИИАР и Димитровградского филиала Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ".
Поиск стерильных нейтрино с работающим реактором проводился в течение 480 дней, а с остановленным — в течение 278 дней для измерения фона. За два года работы детектора ученым удалось накопить статистические данные по осцилляциям нейтрино. Результаты работы опубликованы в престижном научном журнале JETP Letters.
"Статистическая значимость полученного результата равна примерно 3 сигма (сигмой в статистическом анализе обозначают стандартное отклонение). В физике принято дожидаться отклонений более 5 сигма, прежде чем уверенно заявлять об открытии. И хотя вопрос существования стерильных нейтрино пока остается открытым, наблюдаемые в эксперименте отклонения уже труднее назвать случайными, как это можно было сделать для первых исследований со значимостью в 1 сигма", — объяснил РИА Новости главный автор исследования, заведующий отделом нейтронной физики ПИЯФ, член-корреспондент Российской академии наук Анатолий Серебров.
Ученые планируют повысить точность эксперимента "Нейтрино-4". Для этого они собираются создать новую нейтринную лабораторию на реакторе СМ-3 с усовершенствованной детекторной системой. В ходе следующего эксперимента специалисты намерены получить больше статистических данных.
"Поиском стерильных нейтрино занимаются семь коллабораций по всему миру. Новый этап исследований мы планируем провести совместно с коллегами из Объединенного института ядерных исследований и коллаборации NEOS (Южная Корея)", — сообщил Серебров.
По мнению ученых, подтверждение результатов эксперимента "Нейтрино-4" произведет революцию в физике элементарных частиц, что потребует расширения Стандартной модели и введения нового типа нейтрино, которые претендуют на роль частиц темной материи.