Невловима частинка виявилася міфом: фізики закрили десятирічну загадку нейтрино
Понад десять років фізики з усього світу намагалися з’ясувати, чи існує так звана «стерильна нейтрино» — гіпотетична частинка, яка могла б перевернути уявлення про будову Всесвіту. Тепер учені з експерименту MicroBooNE у Національній прискорювальній лабораторії Фермі (Fermilab) заявили: доказів її існування немає.
Нейтрино — одні з найзагадковіших частинок у природі. Вони майже не взаємодіють із матерією й можуть безперешкодно пролітати крізь планети. Саме тому їх надзвичайно складно виявити: для цього потрібні величезні детектори та потужні джерела, наприклад ядерні реактори або прискорювачі частинок.
Згідно зі Стандартною моделлю фізики, існує три «смаки» нейтрино: електронне, мюонне та тау-нейтрино. Вони можуть змінювати один одного — цей процес називають осциляцією. Але протягом кількох десятиліть різні експерименти фіксували дивні аномалії, які не вкладалися в цю схему. Саме тоді й виникла гіпотеза про стерильну нейтрино — частинку, яка взагалі не взаємодіє з матерією і відчуває лише гравітацію.
Команда MicroBooNE зосередилася на аналізі пучків нейтрино, створених у прискорювачі. Дослідники шукали ознаки того, що мюонні нейтрино перетворюються на електронні «не за правилами», або ж що електронні нейтрино загадково зникають. Такі ефекти могли б свідчити про втручання стерильної нейтрино.
Втім, багаторічні вимірювання дали чіткий результат: жодних слідів нестандартних перетворень знайдено не було. Аномалії, зафіксовані раніше в інших експериментах, не пояснюються існуванням однієї стерильної нейтрино.
На перший погляд це може здатися розчаруванням, але для фізики частинок це радше хороша новина. Відсутність стерильної нейтрино спрощує картину світу й знімає потребу пояснювати поведінку нейтрино за допомогою майже невловимої частинки. Це означає, що вченим доведеться шукати інші причини дивних ефектів — наприклад, у тонкощах роботи детекторів або у взаємодії нейтрино з атомними ядрами.
Дослідження, опубліковане в журналі Nature, не ставить крапку в пошуках фізики за межами Стандартної моделі. Але воно чітко показує: одна з найпопулярніших гіпотез останніх років не витримала перевірки. Іноді наука рухається вперед не лише через відкриття, а й через сміливу відмову від ідей, які не підтвердилися експериментом.