Выберите регион

Смотрим на

Разгадана тайна процесса, спасшего Вселенную от неминуемой гибели?

  • 11 тысяч фотодетекторов фиксируют редкие реакции прибывающих нейтрино с частицами воды.
  • Детектор зафиксировал некоторый избыток электронных нейтрино по сравнению с электронными антинейтрино.
Физики открыли явление, которое может стать ответом на вопрос, почему наш мир всё ещё существует.

Физики открыли явление, которое может стать ответом на вопрос, почему наш мир всё ещё существует. Речь идёт о нарушении симметрии между веществом и антивеществом, которое позволило материи избежать самоуничтожения сразу же после Большого взрыва. Поясним: учёные обнаружили, что эта симметрия нарушается при превращениях нейтрино.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature.

"Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали о том, что такое CP-симметрия и почему она так интересует исследователей. Напомним об этом в двух словах.

CP-симметрия означает, что свойства частиц станут полностью аналогичны свойствам античастиц, если вдобавок заменить право на лево (то есть зеркально отразить всю систему). В CP-симметричном мире вещество и антивещество взаимно уничтожились бы сразу после Большого взрыва. Между тем материя, из которой состоим мы и все окружающие объекты, к нашему всеобщему удовольствию, всё ещё существует. Это значит, что имел место какой-то "спасший" её процесс, нарушивший CP-симметрию.

Напомним, что все частицы делятся на два больших класса: адроны и лептоны. К первым относятся, например, протоны и нейтроны, а ко вторым – электроны и нейтрино.

Физики давно знают, что некоторые адроны (в частности, мезоны) нарушают CP-симметрию. Но зафиксированное нарушение слишком мало, чтобы оно могло некогда спасти Вселенную.

И вот впервые учёные обнаружили в эксперименте нарушение CP-симметрии лептонами, а именно нейтрино. Возможно, это именно тот процесс, который так долго искали исследователи.

Детектор зафиксировал некоторый избыток электронных нейтрино по сравнению с электронными антинейтрино.

Результат был получен коллаборацией T2K, или Tokai to Kamioka. В рамках этого эксперимента источник нейтрино (и антинейтрино) в Токае отправляет частицы на детектор в Камиоке. Излучатель и приёмник разделены максимальной дистанцией, которая возможна на японском острове Хонсю: 295 километров.

Столь впечатляющее расстояние нужно, чтобы нейтрино успевали испытывать превращение. Дело в том, что эти частицы бывают трёх типов: электронное, мюонное и тау-нейтрино. Со временем нейтрино может сменить тип, превратившись, например, из мюонного в электронное.

На те же типы делятся и антинейтрино. И, если нейтрино и их античастицы сохраняют CP-симметрию, то для последних должны быть характерны точно такие же превращения. А может быть, они всё-таки не точно такие же? Именно этот вопрос должен был помочь прояснить эксперимент.

Обработав данные за 2009–2018 годы и присовокупив к ним результаты предыдущих исследований своих коллег, физики пришли к интригующему выводу. Они заключили, что вероятность превращения из мюонного в электронное несколько выше для нейтрино, недели для антинейтрино. А это, напомним, означает первое в истории физики нарушение CP-симметрии лептонами и возможный ключ к существованию Вселенной в нынешнем виде.

Достоверность полученного результата составляет три сигмы. Это означает, что с вероятностью 99,7% он не является случайной комбинацией шумов.

Однако в физике частиц принят более жёсткий стандарт достоверности: пять сигм. То есть вероятность того, что результат получился из-за неудачного наложения шумов, должна составлять менее 0,00001%. Чтобы обеспечить такую точность, нужны более мощные источники и более масштабные детекторы нейтрино и антинейтрино. Такие характеристики будут иметь установки T2HK в Японии и DUNE в США, к строительству которых планируется приступить в ближайшие годы.

К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о том, как физики подвели итоги многолетнего поиска редких превращений нейтрино. Рассказывали мы и том, как с разгадкой тайны победы материи над антиматерией учёным могут помочь гравитационные волны.

Читайте также

Видео по теме