Когда в конце 2025 года китайская установка JUNO включила свои системы и впервые “открыла глаза” на мир призрачных частиц, никто не ожидал, что всего за два месяца она даст результаты, которые раньше требовали десятилетий исследований. Тем не менее это произошло и на глубине 700 метров под гранитной горой впервые проявили себя физические процессы, которые буквально меняют баланс сил во всей нейтринной физике.
Но чтобы понять, почему первые данные произвели такой эффект, нужно заглянуть внутрь этой невероятной машины и объяснить физику того, что она увидела.
Как работает JUNO
Представьте сферу диаметром почти с двенадцатиэтажный дом. Внутри он наполнен 20 тысячами тонн жидкого сцинтиллятора. Это вещество обладает одной важной способностью - если через него проходит нейтрино (частица, которая обычно летит сквозь миллиарды километров вещества без малейшего намёка на взаимодействие) сцинтиллятор инициирует вспышку света.
Эти вспышки фиксируют пятьдесят тысяч фотодетекторов, облепляющих сферу изнутри. Фактически, JUNO - это гигантский глаз, который видит свет, рождающийся в момент взаимодействия одной из самых неуловимых частиц во Вселенной.
Основной сигнал для JUNO - это реакция анти-нейтрино + протон → позитрон + нейтрон. Она называется инверсным β-распадом.
Позитрон появляется мгновенно и рождает яркую вспышку света - первый сигнал. Спустя несколько десятков микросекунд нейтрон захватывается ядром водорода или гадолиния, рождая второй сигнал. Двойной “хлопок” говорит детектору: “Да, это был анти-нейтрино”.
Но самое интересное началось после того, как JUNO увидел тысячи таких событий с беспрецедентной чистотой.
JUNO за 59 дней сделал то, что раньше делали 20 лет
В первые же два месяца JUNO определил два фундаментальных параметра - угол смешивания и разницу масс. Эти параметры описывают, как нейтрино “осциллируют” или превращаются друг в друга, как будто меняют состояние.
JUNO получил точность на ~60% выше, чем все предыдущие газообразные и водные детекторы за десятилетия работы. Это впервые позволило увидеть тонкие колебания нейтрино, которые до сих пор скрывались в шумах.
Одно из самых интригующих свойств нейтрино - у них есть масса, но мы до сих пор не знаем что тяжелее - нормальная или инвертированная массы.
Это называется иерархия масс и она определяет как возникла асимметрия между материей и антиматерией, какие теории физики за пределами Стандартной модели жизнеспособны и как устроены механизмы рождения нейтрино в сверхновых в ранней Вселенной.
Первые данные JUNO показали, что он вообще способен увидеть эту иерархию в реальном сигнале. Ранее это считалось почти на грани возможного.
То есть детектор подтвердил, что его чувствительности достаточно, чтобы физики впервые получили однозначный ответ на вопрос о порядке масс нейтрино.
Когда нейтрино летят от ядерных реакторов (а рядом с JUNO - шесть мощнейших АЭС), их энергия образует неравномерный спектр. Это связано с тем, что в полёте нейтрино постоянно “меняют личности” и переходят из одного типа в другой. Но раньше эти мини-осцилляции были как еле заметные ряби на поверхности океана т.е. статистически неуловимые.
JUNO впервые чётко увидел эти “волны” или флуктуации энергии, соответствующие интерференции квантовых состояний нейтрино. Это одно из фундаментальных подтверждений квантовой природы осцилляций.
Пока кажется видно, что энергетический спектр реакторных нейтрино имеет легкие отклонения от существующих моделей. Это может означать существование неизвестных ядерных переходов в реакторах, или влияние новых нейтринных эффектов, например стерильных нейтрино или новых взаимодействий.
Это пока не открытие, но первые намёки на то, что JUNO может увидеть физику за пределами Стандартной модели.
По сути, JUNO - это новый LHC в мире нейтрино.
⚡ Ещё больше интересного в моём Telegram