Около Нейтрино начался поиск стерильных нейтрино

Министерство науки и высшего образования

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, расположенном на Южном полюсе IceCube, в материале «Ледяное нейтрино».

Тимур Кешелава

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.