Физики пытаются сорвать маски с нейтрино в Антарктиде

Массы «истинных нейтрино» давно ускользают от физиков, но нейтринная обсерватория IceCube в Антарктиде может помочь физикам найти их.

Нейтрино, пожалуй, самая загадочная из известных частиц. Они просто игнорируют все известные правила поведения частиц. И игнорируют современные детекторы. Подобно космическим кошкам, они бродят по вселенной, не беспокоясь и не заботясь, иногда взаимодействуя с нами, но на самом деле только тогда, когда им этого хочется, что, честно говоря, не так уж часто.

Самое неприятное, что они носят маски и никогда не выглядят одинаково дважды. Но новый эксперимент, возможно, приблизил ученых на шаг ближе к срыванию этих масок. Выявление истинной идентичности нейтрино может помочь ответить на давние вопросы, например, являются ли нейтрино их собственными партнерами по антиматерии, и даже может помочь объединить силы природы в одну целостную теорию.

Нейтрино - это странно. Есть три вида: электронное нейтрино, мюонное нейтрино и тау-нейтрино. Электронные нейтрино присоединяются к взаимодействиям с участием электронов. Мюонные нейтрино соединяются с мюонами. Пока это совсем не странно. А вот и самое странное.

Частицы, которые не являются нейтрино-подобными электронами, мюонами и частицами тау, абсолютно одинаковы, за исключением массы. Если вы обнаружите частицу с массой электрона, она будет вести себя точно так, как должен вести себя электрон, и то же самое относится к мюону и тау. Более того, как только вы обнаружите электрон, он всегда будет электроном. Ни больше, ни меньше. То же самое касается мюона и тау.

Но то же самое не касается их кузенов, электронов, мюонов и тау-нейтрино. То, что называют, скажем, «тау-нейтрино» не всегда тау-нейтрино. Он может изменить свою личность. В полете он может стать электронным или мюонным нейтрино. Это странное явление, которого никто не ожидал, называется нейтринными колебаниями. По техническим причинам нейтринные колебания работают только в том случае, если существует три нейтрино с тремя различными массами. Но нейтрино, которые колеблются, - это не нейтрино со вкусом электронов, мюонов и тау.

Вместо этого есть три «истинных» нейтрино, каждый с разными, но неизвестными массами. Определенная смесь этих истинных, фундаментальных нейтрино создает каждый из нейтринных ароматов, которые мы обнаруживаем в наших лабораториях.

Таким образом, лабораторно измеренная масса – это некоторая смесь этих истинных масс нейтрино. Задача физиков теперь состоит в том, чтобы распутать все взаимосвязи: каковы массы этих истинных нейтрино, и как они смешиваются вместе, чтобы получить три аромата?

Таким образом, физики охотятся, чтобы раскрыть массы «истинных» нейтрино, глядя на то, когда и как часто они меняют вкусы. Теории, которые пытаются объединить все силы природы под одной крышей, обычно требуют нормального упорядочения нейтринной массы.

Расположенная на Южном полюсе обсерватория состоит из десятков цепочек детекторов, погруженных в антарктический ледяной покров.

Нейтрино почти не контактирует с нормальной материей, поэтому они вполне способны проскакивать прямо через тело самой земли. И как только они это сделают, они превратятся в различные ароматы. Время от времени они ударяются о молекулу в антарктическом ледяном щите рядом с детектором IceCube, вызывая каскадный дождь частиц, которые испускают удивительно синий свет, называемый излучением Черенкова. Это свет, который обнаруживают строки IceCube

Ученые IceCube использовали глубокие данные, чтобы измерить, сколько из каждого вида нейтрино прошло через Землю. Прогресс, конечно, медленный, потому что нейтрино трудно поймать. IceCube готовится к крупному обновлению в ближайшее время и к новым экспериментам.