Антарктический детектор пока не обнаружил стерильное нейтрино

IceCube в 2009 году. Фото: Amble / Wikipedia

По результатам двух крупных экспериментов в антарктической нейтринной обсерватории IceCube (рус. «Ледяной куб») ученые так и не смогли зафиксировать четвертый тип нейтрино. Они проанализировали более ста тысяч нейтринных событий — фактов регистрации нейтрино, но в диапазоне от 320 ГэВ до 20 ТэВ стерильных нейтрино не оказалось.

Стерильное нейтрино — недостающая часть в Стандартной модели, описывающей устройство мира элементарных частиц. Его обнаружение дополнило бы ряд уже известных нейтрино и могло бы объяснить дисбаланс между материей и антиматерией во Вселенной, а также выяснить происхождение темной материи.

На сегодня экспериментально обнаружены только три типа нейтрино — электронное, мюонное и тау-нейтрино. Однако на существование четвертого вида — стерильного нейтрино — косвенно указывает ряд экспериментов. Поскольку эта гипотетическая частица крайне инертна и вступает только в гравитационное взаимодействие, «поймать» четвертый тип нейтрино довольно сложно. Зафиксировать его можно только в момент превращения одного типа нейтрино в другой — нейтринных осцилляций.

В нейтринной обсерватории IceCube на Южном полюсе ученые анализировали атмосферные нейтрино, которые образуются при столкновении космических лучей с веществом верхних слоев атмосферы. Поскольку только нейтрино может проходить сквозь километры вещества, практически не взаимодействуя с ним, Земля отлично отфильтровывала все другие частицы.

За год наблюдений со стороны Северного полушария на детектор IceCube, который состоит из 5160 датчиков, вмороженных в чистейший антарктический лед, попало более 100 000 нейтрино. Нейтринные события детектор регистрировал по голубому черенковскому излучению, возникающему при столкновении нейтрино с ядрами атомов водорода или кислорода во льду. Энергия частиц лежала в диапазоне от 320 ГэВ до 20 ТэВ.

Для анализа данных исследователи использовали два независимых подхода, и ни один из них не обнаружил следов стерильных нейтрино. По словам авторов исследования, в выбранном диапазоне стерильные нейтрино должны были бы дать характерные спектры, и достоверность отрицательного результата — порядка 99%.

Хотя выводы из эксперимента IceCube не опровергают полностью существование стерильных нейтрино, они отсекают значительную часть пространства параметров, при которых четвертый тип частиц мог бы себя проявить. Это сужает область поиска этих трудноуловимых частиц в будущем.

Статья с результатами двух экспериментов, посвященных поиску стерильного нейтрино, опубликована в журнале Physical Review Letters.

Совсем недавно другая исследовательская группа сообщила о результатах эксперимента по поиску частиц темной материи, длившегося 20 месяцев. Им также не удалось «поймать» предсказанные частицы, однако ученые не отчаиваются и планируют продолжить эксперименты в 2020 году.

Теги:

Читать еще на Чердаке: