НаверхФизики в шоке: гигантский детектор JUNO опроверг 50 лет исследований за два месяца
20 000-тонная ловушка для «призрачных частиц» заработала и сразу же поставила ученых в тупик. Что это — портал в новую физику?
Основные идеи
Мнение автора
JUNO — это не просто эволюция, а настоящая революция. Установка обесценила 50 лет работы всего за два месяца. Это доказывает, что в фундаментальной науке масштаб решает всё. Теперь самые интересные открытия будут приходить именно отсюда, стоит внимательно следить за их публикациями.
Опубликованы первые результаты работы крупнейшего в мире детектора нейтрино. Они содержат самые точные измерения параметров этих частиц из когда-либо полученных.
Детектор называется Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO), он расположен на юге Китая. После того как он проработал чуть меньше двух месяцев, исследователи смогли измерить параметры различных типов, или «ароматов», нейтрино с беспрецедентной точностью.
Результаты позволили сузить значения двух ключевых параметров нейтрино. Один описывает, как разные массовые состояния нейтрино смешиваются, когда формируют «ароматы», а второй — разницу квадратов этих массовых состояний.
«До запуска JUNO нам приходилось собирать эти данные по крупицам в ходе множества экспериментов. В числовое значение этих двух параметров вложены усилия целого полувека, — рассказал один из руководителей проекта. — А мы всего за 59 дней превзошли результаты 50 лет измерений. Можете себе представить, какая это мощная штука».
Первые результаты работы комплекса уже опубликовали на сервере препринтов arXiv. Сейчас статья ожидает рецензирования в журнале Chinese Physics C.
Загадка призрачных частиц
Нейтрино — пожалуй, самые загадочные частицы из всех известных. Каждую секунду сквозь ваше тело пролетают триллионы таких частиц. Но они почти никогда не взаимодействуют ни с вами, ни с чем-либо еще, и почти ничего не весят, за что и получили прозвище «призрачные частицы». Из-за этого нейтрино — одна из самых сложных для изучения частиц. Большинство из них просто пролетают сквозь детектор, не оставляя никаких следов.
Физики так отчаянно хотят узнать о них больше, потому что нейтрино могут сломать Стандартную модель физики — наше лучшее, но неполное объяснение субатомного мира. Хотя это невероятно успешная теория, она неполна. Например, Стандартная модель не предсказывала, что у нейтрино вообще есть масса.
Открытие того, что «призрачные частицы» все-таки обладают массой (за что в 2015 году присудили Нобелевскую премию по физике), связано с явлением, которое называют осцилляцией нейтрино. Нейтрино бывают трех «ароматов» (электронное, мюонное и тау), и они переключаются между этими состояниями, когда движутся в пространстве-времени. Причина этого странного явления до конца не изучена, но именно в ней может скрываться ключ к новой, захватывающей физике.
«Осцилляция означает, что нейтрино — пока единственная частица, у которой есть свойство, не предсказанное Стандартной моделью, — говорят ученые. — Получается, нейтрино — это единственный портал в физику, которая лежит за пределами Стандартной модели».
Чтобы изучить свойства нейтрино и заглянуть за пределы Стандартной модели, ученые строят огромные детекторы глубоко под землей. Здесь земная кора служит естественным щитом от большинства других частиц, в то время как «призрачные частицы» проходят сквозь нее и получают шанс заявить о своем существовании в детекторе.
JUNO — это новейший и самый большой из таких детекторов. Он представляет собой сферу диаметром 35 метров, в которой находится 20 000 тонн жидкого сцинтиллятора. Эта жидкость имеет особый состав. Когда нейтрино в нее попадает, она создает вспышку света. По краям резервуара расположены датчики, которые могут точно определить место вспышки и предоставить полезную информацию о нейтрино, которое ее вызвало.
Предыдущие детекторы нейтрино работали по тому же принципу, просто JUNO намного больше. В нем в 20 раз больше жидкого сцинтиллятора, чем в любом предыдущем эксперименте, что делает JUNO значительно более чувствительным. По словам исследователей, это позволило физикам измерить параметры, которые описывают осцилляцию между различными ароматами нейтрино с беспрецедентной точностью.
В погоне за новой физикой
У команды JUNO амбициозные планы на будущее, и эти первые результаты показывают, что они на правильном пути. Со временем и с большим количеством данных исследователи надеются достичь еще большей точности в измерении этих параметров осцилляции.
За время своей работы JUNO, возможно, сможет разгадать и более давние загадки физики. Ученые надеются, что им удастся упорядочить массовые состояния нейтрино от самого тяжелого к самому легкому. А может быть, даже найти ключ к разгадке, почему мы не видим во Вселенной столько же антиматерии, сколько материи.
Пока что эти призрачные частицы лишь намекают нам на существование физики за пределами наших текущих теорий. Но с появлением все более крупных и совершенных детекторов нейтрино наше понимание Вселенной становится все четче.
Вас разорвет на атомы. Ученый объяснил, почему падение в черную дыру — худшая смерть во Вселенной
