Учени постигнаха напредък в разбирането на призрачните частици неутрино

Данни от два експеримента на изследователи от САЩ и Япония предлагат поглед върху призрачните и все още слабо разбрани частици неутрино, предаде Ройтерс.
Неутрино са миниатюрни частици, които могат да преминават през всичко и рядко взаимодействат с материята. Те са най-разпространените частици във Вселената и трилиони от тях преминават през телата ни всяка секунда, без да го забелязваме. Въпреки това учените все още се борят да ги разберат.
Ново изследване, което комбинира резултатите от два големи експеримента с неутрино в Япония и САЩ, сега предлага едни от най-добрите сведения до момента за тези призрачни частици.
Неутрино, формиращи се на места като ядрото на Слънцето и експлодиращи звезди, са три типа, или "аромати", и могат да се променят от един в друг - т.нар. осцилация (трептене), докато пътуват. Новото изследване дава представа за разликата в масата между типовете неутрино - ключов въпрос без отговор.
Неутрино са елементарни частици, което означава, че не са изградени от нищо по-малко, което ги прави един от основните градивни елементи на космоса. За разлика от някои други частици като протони и електрони, те нямат електрически заряд.
Защо е важно да разберем неутрино?
Тези частици вероятно са ключът към разгадаването на някои загадки на Вселената, като например произхода на материята и нейното разпространение в космоса спрямо антиматерията, природата на тъмната материя и тъмната енергия, както и вътрешните механизми на свръхновите.
Експериментът NOvA изпраща подземен лъч от неутрино на разстояние около 810 километра от източника си в Националната лаборатория "Ферми" в САЩ до детектор в Аш Ривър, Минесота. Експериментът T2K изпраща лъч от неутрино на разстояние около 295 километра през земната кора от източника си в японския крайбрежен град Токай до детектор в град Камиока.
И двата експеримента изследват осцилацията на неутрино, но използват различни енергии, различни разстояния и различно проектирани детектори. Комбинирайки резултатите от почти десетилетие наблюдения на NOvA и T2K, учените са постигнали напредък в разбирането на неутрино, представен в изследване, публикувано в сп. "Нейчър".
"На пръв поглед имаше въпроси дали резултатите от T2K и NOvA са съвместими. Установихме, че са много съвместими", каза физикът Кендъл Ман от Мичиганския университет от изследователския екип на експеримента T2K.
Учените не знаят масата на трите типа частици, нито коя от тях е най-леката, което е проблем, наречен "йерархия на масите на неутрино", който има големи последствия за физиката.
"Макар че ще трябва да почакаме още малко, за да разберем кое неутрино е най-леко, настоящото изследване измери малката разлика в масата между две от трите неутрино с безпрецедентна точност - по-малко от 2 процента несигурност. Това го прави едно от най-прецизните измервания на този параметър, постигани някога", каза физикът от Университета на Охайо и учен от експеримента NOvA Зоя Валари.
Двата експеримента също така проучват дали неутрино и техните противоположни частици, наречени антинеутрино, се превръщат от един тип в друг по различен начин.
"Този въпрос е особено важен, защото може да помогне да се обясни една от най-големите загадки във физиката: защо Вселената е съставена предимно от материя, а не от антиматерия. При Големия взрив материята и антиматерията е трябвало да съществуват в равни количества и да се унищожат взаимно. По някакъв начин обаче материята надделява и ние сме тук благодарение на това", казва Валари.
"Отговорите на фундаменталните въпроси за Вселената изискват изключително висока прецизност и статистическа сигурност, и на хоризонта се очертава ново поколение големи експерименти с неутрино", допълва тя. 
В процес на изграждане в Илинойс и Южна Дакота в САЩ е експериментът DUNE, а в японската префектура Гифу - експериментът Hyper-Kamiokande. Други вече започнати проекти включват JUNO в Китай и телескопи, които улавят неутрино, идващи от космоса, като KM3NeT и IceCube.
"Неутрино имат уникални свойства и все още научаваме много за тях", казва Ман.