NOvA представила первые данные об иерархии нейтрино

Международная группа физиков, работающих в Национальной ускорительной лаборатории имени Ферми (Фермилаб) сообщает о первых результатах эксперимента NOvA. Задача этого эксперимента — изучение осцилляций мюонного нейтрино к электронному, позволяющих определить иерархию нейтрино. О новых данных было объявлено на открытом семинаре, прошедшем вчера.

Нейтрино — чрезвычайно легкие частицы, практически не участвующие в привычных взаимодействиях. На них оказывает влияние лишь гравитация и слабое взаимодействие (последнее проявляется лишь на очень малых масштабах, характерные расстояния значительно меньше диаметра ядра атома). У нейтрино известны три различных аромата (флейвора) — тау, электронное и мюонное, причем возможны осцилляции, изменяющие этот аромат. 

Когда нейтрино рождается, оно имеет определенный флейвор, соответствующий суперпозиции массовых состояний (обозначаемых  ν₁, ν₂, ν₃). В полете она эволюционирует, происходит изменение доли массовых состояний и переход в другое флейворное состояние: полностью или частично. Так, например, если в результате некоторого процесса появилось нейтрино с мюонным флейвором, то на детекторе, пролетев несколько километров, оно может проявить себя уже как электронное нейтрино. У этого перехода есть строго определенная периодичность.

Одной из задач, связанных с изучением осцилляций, является изучение иерархии масс нейтрино. Периодичность осцилляции напрямую зависит от разности квадратов масс массовых состояний. Ранние эксперименты с атмосферными, солнечными и реакторными нейтрино указали на значение и знак первой из двух таких разностей — Δm²₁₂ и на значение, но не знак Δm²₁₃. Это позволило определить, что две массы m₁ и m₂ близки, а m₃ либо гораздо больше, либо гораздо меньше их. В первом случае наблюдается нормальная иерархия, во втором — инверсная.

В эксперименте NOvA напрямую наблюдаются осцилляции мюонных нейтрино: если бы они не происходили, то ученые предсказывают, что детектор обнаружил бы 201 мюонное нейтрино. Но за время эксперимента были зафиксированы лишь 33 таких частицы. Вместе с тем, ученые обнаружили шесть электронных нейтрино, в то время как шум должен был составить лишь одну детектированную частицу.

Как передает Science, участники эксперимента в рамках семинара представили результаты обработки примерно восьми процентов от ожидаемого количества данных. Как утверждает издание, предварительно подтверждается нормальная иерархия нейтрино.

NOvA представляет собой массивный нейтринный детектор, расположенный в Миннесоте. В 800 километрах от него находится источник мюонного нейтрино — Фермилаб (штат Иллинойс). Пучок нейтрино движется под землей, осциллируя и, впоследствии, попадая на детектор. По словам ученых, информация об иерархии масс позволит разрешить ряд ключевых вопросов, в частности, является ли нейтрино античастицей самой себе.