Около Нейтрино начался поиск стерильных нейтрино
На Баксанской нейтринной обсерватории (БНО) Института ядерных исследований РАН, которая расположена рядом с поселком Нейтрино, начал работу эксперимент BEST (Baksan Experiment on Sterile Transitions). Цель эксперимента – поиск переходов электронных нейтрино в стерильные состояния на коротком расстоянии. Официальный старт поиску дал первый заместитель Министра науки и высшего образования Григорий Трубников, сообщается на сайте Министерства.
Нейтрино — это очень легкие элементарные частицы, не обладающие электрическим зарядом и крайне слабо взаимодействующие с веществом. Изначально их существование было теоретически предложено для объяснения непрерывного спектра образующихся при β-распаде электронов. Новая частица должна была уносить часть энергии, при этом обеспечивая неизменность суммы энергий получающихся в результате распада элементов.
Сегодня известно о трех типах нейтрино, соответствующих поколениям лептонов в физике элементарных частиц: электронное, мюонное и тау-нейтрино. Эти частицы позволили найти первые заметные отклонения от Стандартной модели — в ней нейтрино предполагались безмассовыми, однако затем были обнаружены их осцилляции, то есть превращения из одного типа в другой, которые возможны только для массивных частиц.
Ученые выдвинули идеи о существовании новых типов нейтрино, не участвующих ни в каких фундаментальных взаимодействиях, кроме гравитации. Эти частицы получили название стерильных нейтрино, потому что обычные нейтрино участвуют в слабом взаимодействии. Теоретически стерильными нейтрино могут быть, например, правосторонние нейтрино (обладающие противоположной хиральностью). Тем не менее, неоспоримых экспериментальных данных об их существовании получить пока не удалось.
Идея эксперимента BEST состоит в поиске результатов взаимодействия частиц с веществом. Для этого источник радиоактивного изотопа 51Cr (период полураспада 27,7 дня) с начальной активностью около 3 мегакюри помещается в центре 50-тонной мишени из жидкого металлического галлия, разделенной на две концентрические зоны: внутренний 8-тонный и внешний 42-тонный объемы.
При отсутствии переходов электронных нейтрино в стерильные состояния с массами порядка электронвольта частицы из источника должны приводить в среднем к появлению около 65 атомов 71Ge в день в каждой зоне на момент начала облучения. Если же происходят осцилляции в стерильные нейтрино, то скорости производства данного изотопа германия во внутренней и внешней зонах будут отличаться, так как часть частиц успеет превратиться в стерильные. Такая схема эксперимента позволяет получить информацию о разрешенных областях осцилляционных параметров переходов между активными и стерильными нейтрино.
Использованный для изготовления источника хром был обогащен до 98 процента по изотопу 50Cr. Он состоит из 26 металлических дисков, каждый диаметром 88 миллиметров и толщиной 4 миллиметра, помещенных в стальную капсулу, экранированную свинцовой биологической защитой. Полные размеры источника — 160 миллиметров в диаметре и 226 миллиметров в высоту.
Для BEST было изготовлено новое экспериментальное оборудование, в том числе сам двухзонный бак для облучения 50 тонн галлия, а также дополнительные модули систем извлечения и счета Галлий-германиевого нейтринного телескопа БНО. Запланировано проведение 10 экспозиций продолжительностью по 9 дней каждая. Активность источника будет определяться по уровню его тепловыделения с помощью калориметрической системы и (независимо) методом гамма-спектроскопии с высокочистыми германиевыми детекторами. Ожидаемая точность измерений интенсивности источника — не хуже одного процента.
Эксперимент BEST пройдет на базе подземного Галлий-германиевого нейтринного телескопа в Баксанской нейтринной обсерватории в Кабардино-Балкарии. Первые результаты эксперимента будут готовы к середине октября этого года, весь эксперимент рассчитан на 7-10 лет работы.
Ранее новые указания на существование стерильного нейтрино нашел детектор MiniBooNE, а когерентное упругое рассеяние физики использовали для установки новых ограничений на отклонения нейтрино от Стандартной модели. Также мы подробно писали о работе самого крупного детектора нейтрино, расположенного на Южном полюсе IceCube, в материале «Ледяное нейтрино».
Тимур Кешелава
Для этого физики косо сталкивали восемь плазменных струй
Британские и американские физики создали лабораторный аналог аккреционного диска, который возникает в космосе при падении газа на массивные объекты, например, черные дыры. В новом опыте, в отличие от предыдущих исследований, отсутствовали какие-либо стенки или ограничения для потоков — их закручивание происходило за счет нецентрального столкновения восьми плазменных струй. Плазменное кольцо продемонстрировало стабильность, что позволит в будущем исследовать роль магнитного поля в аккреции вещества. Исследование опубликовано в Physical Review Letters. Аккреционные потоки газа вокруг массивных тел встречаются во Вселенной довольно часто. Свет, испускаемый аккреционным диском, может свидетельствовать в том числе и о существовании черной дыры. Поведение газа, падающего на черную дыру, вызывает у исследователей множество вопросов, ответы на которые они добывают преимущественно теоретически. Лабораторные попытки понять физику аккреционного диска тоже существуют. Для этого физики создают потоки водно-глицериновых растворов или металлических расплавов в магнитном поле. Другой способ основан на подаче электрического тока на края холловской плазмы, удерживаемой постоянными магнитами. Недостатком всех этих методов остается наличие жестких границ, которые отсутствуют в космических процессах и искажают моделирование. Группа физиков под руководством Сергея Лебедева (Sergei Lebedev) из Имперского колледжа Лондона вместе с коллегами из США провели эксперимент, лишенный этого недостатка. Он заключался в косом сталкивании восьми плазменных струй, которые закручивались в кольцо. Их движение при этом напоминало движение вещества в аккреционном диске массивного тела. В эксперименте также образовывались характерные плазменные струи, перпендикулярные плоскости вращения. Установка физиков состояла из алюминиевых проволок толщиной 40 микрометров, расположенных в серединах ребер правильного восьмиугольника. Ученые пропускали через них импульсы большого тока (до 1,4 мегаампера на пике), что приводило к нагреву и абляции вещества. Магнитные поля формировали абляционные потоки и направляли их в середину установки, слегка отклоняя от центра. Столкновение потоков вещества формировало его в кольцо диаметром шесть миллиметров. Оно существовало не более 210 наносекунд, за время которого плазма делала от половины до двух оборотов. Физики следили за ее образованием и развитием в оптическом и экстремально-ультрафиолетовом диапазоне, что позволило исследовать распределение скоростей. Изображения показали, что плазменное кольцо стабильно в течение срока жизни, а само вращение происходит в квазикеплеровском режиме. Авторы также наблюдали плазменную струю, порожденную из вращающегося плазменного столба осевыми градиентами теплового и магнитного давления. Скорость вещества в ней составила 100±20 километров в секунду. Малый угол расходимости — 3±1 градус — свидетельствовал об отсутствии эффектов нестабильности. Струю также окружал плазменный ореол. В будущем авторы планируют продлить время жизни кольца за счет более долгих абляционных импульсов, для чего им потребуется использовать более толстые проволоки. Они убеждены, что замена алюминия на другие материалы позволит контролировать различные параметры магнитнодинамического потока. В будущем это позволит в лаборатории приблизиться к условиям, возникающим в астрофизических процессах, и понять роль нестабильности магнитных полей в аккреции вещества. Аккреционный диск — это не единственное явление, связанное с черными дырами, которое физики пытаются воспроизвести в лабораторных экспериментах. Ранее мы рассказывали, как течение воды в сливе раковины помогает изучать квазисвязанные состояния черных дыр, и как в конденсате Бозе — Эйнштейна подтвердили тепловой спектр излучения Хокинга.