Наука для всех простыми словами

Самый лучший сайт c познавательной информацией.

Нейтрино могут открыть тайну антиматерии.

16.08.2016 в 22:28

Одна из самых больших загадок в физике: почему вселенная наполнена материей, а не антиматерией. Японский эксперимент теперь предложил возможное объяснение: субатомные частицы, которые называются нейтрино, могут вести себя по-разному в своих материальных и антиматериальных формах

. Об этом несоответствии заговорили на международной конференции по физике высоких энергий (Ichep), которая прошла на прошлой неделе в Чикаго, иллинойс, и оно может оказаться далеким от истины: чтобы заявить о нем во всеуслышание, нужно добыть еще данных. Я бы мог поспорить, что у нейтрино действительно будет это несоответствие, но было бы преждевременно утверждать, что мы сможем это увидеть", говорит Андре де гувеа, физик - теоретик из северо-западного университета в эванстоне, штат иллинойс.

Тем не менее это заявление, вероятно, приведет к волнению на тему исследования нейтрино, многочисленных, но неуловимых частиц, которые все чаще кажутся решением всевозможных головоломок в физике.

В 1990-х годах было обнаружено, что нейтрино бросают вызов предсказания стандартной модели физики - успешного, но неполного описания природы - в силу обладания массой, не являясь полностью безмассовыми. С тех пор эксперименты с нейтрино расползлись по всему миру, и ученые понимают, что должны изучать эти частицы ради поиска новых объяснений в физике, говорит кит матера, физик американского нейтринного эксперимента Nova в батавии, штат иллинойс. "Они Ломают Стандартную Модель", говорит он.

Странный избыток.

Преобладание материи над антиматерией во вселенной необычно, поскольку если эти зеркально отраженные частицы были произведены в равных количествах после большого взрыва, они бы уничтожили друг друга при контакте, и не осталось бы ничего, кроме радиации. Физики наблюдали различия в поведении некоторых частиц материи и антиматерии, вроде каонов и B - мезонов - но этого недостаточно, чтобы объяснить преобладание вещества во вселенной.

Один из ответов может быть в том, что сверхтяжелые частицы распались в ранней вселенной асимметрично и произвели больше материи, чем антиматерии. Некоторые физики считают, что тяжелые родственники нейтрино могут быть в этом виновны. По этой теории, если нейтрино и антинейтрино ведут себя сегодня по-разному, то подобный дисбаланс у их древних коллег мог бы объяснить переизбыток материи.

Чтобы проверить это, исследователи эксперимента T2K (Tokai to Kamioka) в Японии решили найти различия в том, как материальные и антиматериальные нейтрино осциллируют между тремя типами, или "Ароматами", по мере движения. Они запустили пучки нейтрино одного аромата - мюонные нейтрино - с японского ускорителя протонов в прибрежной деревне токаимура на детектор супер - камиоканды, подземный стальной резервуар в 295 километрах от первого ускорителя, наполненный 50 000 тоннами воды. Ученые подсчитали, сколько появилось электронных нейтрино, которые говорят о том, сколько мюонных нейтрино должны были осциллировать в другой аромат по пути. Затем повторили эксперимент с пучком мюонных антинейтрино.

Два пучка показали разное поведение, сообщил коносуке ивамото, физик университета рочестера в Нью-йорке, на презентации Ichep.

Странные осцилляции.

Ученые ожидали, что если разницы между материей и антиматерией не было, их детектор должен был увидеть 24 электронных нейтрино и 7 электронных антинейтрино после 6 лет экспериментов. Антиматерию сложнее произвести и обнаружить.

Вместо этого они получили 32 нейтрино и 4 антинейтрино. "Не Вдаваясь в Сложную Математику, это Говорит о том, что Материя и Антиматерия Осциллирует не Одинаково", говорит чан Ки юнг, физик университета стони - Брук в Нью-йорке и член эксперимента T2K.

Предварительные результаты экспериментов T2K и Nova указывают на ту же идею. Но наблюдения до сих пор могут быть результатом случайной флуктуации; есть шанс 1 к 20 (или 2 сигма, если говорить языком статистики) увидеть эти результаты, если нейтрино и антинейтрино ведут себя одинаково, отмечает юнг.

Понадобится больше данных, чтобы подтвердить сигнал. К концу своего текущего запуска в 2021 году, эксперимент T2K получит в пять раз больше данных, чем есть сегодня. Но команде нужно в 13 раз больше данных, чтобы довести статистическую достоверность до 3 сигма, чтобы большинство физиков начало воспринимать эти данные как разумное - но не вполне убедительное - свидетельство асимметрии.

Два лучше, чем один.

Команда T2K предложила продлить свой эксперимент до 2025 года, чтобы собрать все необходимые данные. Но если объединить сбор данных с Nova, который посылает пучок нейтрино на 810 километров из лаборатории ферми в шахту на севере миннесоты, можно ускорить процесс. Nova посылал пучки нейтрино и перейдет на пучки антинейтрино в 2017 году. Две группы договорились проводить совместный анализ и планируют выйти на достоверность в 3 сигма к 2020 году, говорит юнг.

Чтобы набрать статистическую достоверность, необходимую для официального объявления открытия - 5 сигма, - понадобится новое поколение нейтринных экспериментов, которые уже планируются по всему миру.

Исследователи эксперимента Nova представил еще одну интересную, но преждевременную Находку на Ichep, также выведенную из изучения скорости, с которой мюонные нейтрино переходят в электронные нейтрино: намек на то, какая из трех разных масс нейтрино самая большая. Ответ на этот вопрос должен помочь ученым выбрать одну из конкурирующих теорий касательно того, как четыре природных взаимодействия объединяются в единое при высоких энергиях, как во время большого взрыва.

Физики делают открытия на тему нейтрино почти ежегодно, говорит де гувеа. Это весьма быстро по Меркам физики элементарных частиц. По материалам: hi - News. ru.