17 апреля 2020

Загадочное поведение нейтрино объясняет проблему нехватки антиматерии

astronews.ru astronews.ru

Ученые считают, что в эпоху формирования Вселенной, которое происходило около 14 миллиардов лет назад, в ней присутствовали равные количества материи и ее загадочного «антагониста» - антиматерии. Частицы антиматерии имеет такую же массу, что и соответствующие им частицы нормальной материи, но противоположные электрические заряды. Вероятно, самым известным таким «дуэтом» частица-античастица является пара электрон-позитрон.

Когда частица и античастица встречаются, они аннигилируют с образованием чистой энергии.

Однако с материей и антиматерией связана крупная научная проблема: если при формировании Вселенной в ней находилось равное количество материи и антиматерии, то попарная аннигиляция всех этих частиц должна была привести к исчезновению во Вселенной материи (равно как и антиматерии) и наполнению ее 100%-й энергией. Однако наше с вами существование доказывает, что во Вселенной существует нормальная материя, а астрономические наблюдения показывают, что нормальная материя даже преобладает во Вселенной над антиматерией. Но объяснение доминирования во Вселенной материи до сих пор не нашло исчерпывающего научного объяснения.

Объяснение описанной проблемы может быть связано с разным поведением частиц и античастиц. В новом исследовании физики во главе с Ацуко К. Ичикавой (Atsuko K. Ichikawa) из Киотского университета, Япония, изучили пару нейтрино-антинейтрино. Это исследование было проведено в рамках проекта под названием T2K и включало генерацию потоков нейтрино и антинейтрино на экспериментальной установке, расположенной в комплексе Japan Proton Accelerator Research Complex в г. Токай, Япония.

Коллаборация Т2К собрала экспериментальные данные за период с 2009 по 2018 гг., а также использовала данные, полученные при помощи других аналогичных установок. В новом исследовании Ичикава и его коллеги сообщают об обнаружении нарушения симметрии в осцилляциях нейтрино и антинейтрино.

Нейтрино называют неуловимой, или призрачной частицей, поскольку из-за малых размеров и массы взаимодействия этой частицы довольно трудно зарегистрировать. Для регистрации нейтрино используют резервуары с чистой водой огромного объема, чтобы увеличить вероятность столкновения неуловимой частицы с другими, более массивными элементарными частицами. При движении нейтрино осциллирует между тремя формами - тау-нейтрино, электронным нейтрино и мюонным нейтрино – при этом каждая из этих форм нейтрино взаимодействует с массивными частицами особым образом, что позволяет провести индивидуальную идентификацию конкретной формы в детекторе. На основании результатов такой регистрации команда Ичикавы нашла с 95-процентной доверительной вероятностью значимые различия в соотношениях между различными формами нейтрино для пары нейтрино-антинейтрино, что свидетельствует о нарушении симметрии поведения нейтрино и антинейтрино.