Крупнейший в мире подземный детектор нейтрино на жидком сцинтилляторе дал первые результаты, они выложены в виде двух препринтов на arXiv.
Завершился первый масштабный эксперимент в Цзянмэньской подземной нейтринной обсерватории (Jiangmen Underground Neutrino Observatory — JUNO) в южнокитайской провинции Гуандун, сообщила South China Morning Post. Его результаты продемонстрировали рекордную точность, превзойдя данные, собранные за десятилетия.
С 26 августа по 2 ноября детектор измерил два ключевых параметра нейтринных осцилляций с точностью, в 1,6 раза превышающей точность всех предыдущих экспериментов за последние 50 лет, вместе взятых, сообщил Институт физики высоких энергий (IHEP) Китайской академии наук.
Работа детектора полностью соответствует расчетным показателям, заявил бывший директор IHEP, представитель коллаборации JUNO Ван Ифан.
«Его беспрецедентная точность измерений позволяет нам быстро определить иерархию масс нейтрино, проверить модель трех типов нейтринных осцилляций и найти новую физику за ее пределами», — сказал он.
Призрачные частицы
Нейтрино — это мельчайшие субатомные частицы с очень маленькой массой и без электрического заряда, которые рождаются в ядерных реакциях, например, тех, что происходят на Солнце. Их часто называют призрачными частицами, потому что они триллионами проходят сквозь материю (и нас с вами), не взаимодействуя с ней.
Существует три разновидности (аромата) нейтрино — электронное, мюонное и тау. Они могут переходить из одного в другой тип, что называется нейтринной осцилляцией. JUNO измеряет параметры этих осцилляций и проводит исследования земных, солнечных, атмосферных нейтрино и нейтрино от сверхновых. Его главная цель — составить иерархию масс нейтрино, то есть расположение трех типов нейтрино по массе.
В будущем детектор может быть модернизирован для изучения двойного безнейтринного бета-распада, что позволит проверить, могут ли нейтрино быть своими собственными античастицами, и ответить на вопросы, формирующие наше понимание Вселенной. JUNO также будет использоваться для поиска новой физики за пределами Стандартной модели.
Первый эксперимент
В ходе начального эксперимента, зафиксировавшего около 2400 антинейтрино ученые измерили два параметра осцилляций — угол смешения тета-12 и разность квадратов масс солнечных нейтрино. На сегодняшний день это самые точные измерения данных параметров.
Новая обсерватория — крупный международный проект, в котором участвуют более 700 исследователей из 75 научных учреждений 17 стран и регионов. Ее сердце — жидкосцинтилляционный детектор рекордной массы — 20 000 тонн. Он размещен в центре резервуара с водой глубиной 44 метра. Несущую конструкцию диаметром 41 метр из нержавеющей стали венчает 35-метровая сфера из акрила, содержащая сам сцинтиллятор, свыше 45 000 фотоумножителей и другие элементы.
При прохождении через детектор нейтрино с малой вероятностью могут сталкиваться с ядрами водорода в специальной смеси. Такие взаимодействия порождают сверхслабые вспышки, которые регистрируются окружающими фотоумножителями и преобразуются в электрические сигналы.
Неслучайное местоположение
Резервуар, рассчитанный на 30 лет службы, находится примерно в 53 км (расстояние выбрано не случайно — пройдя такой путь, «призрачные частицы» накапливают максимальный эффект превращений) от двух атомных электростанций в Тайшане и Янцзяне и был создан для измерения массы реакторных нейтрино.
Первый успех JUNO подтвердил, что он готов решать фундаментальные вопросы, открывая новые законы физики и разгадывая саму тайну существования материи.
В Китае заработал гигантский детектор нейтрино на глубине 700 метров под землей
Ловушка для нейтрино размером с аэропорт дала первые результаты
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram