Рубрики
Одна из самых больших тайн физики: почему Вселенная заполнена материей, а не антиматерией. Японский эксперимент, теперь он предложил возможное объяснение: субатомных частиц, называемых нейтрино, могут вести себя по-разному в их материальных и антиматериальных формы. На это не соответствие общения на Международной конференции по физике высоких энергий (ICHEP), который проходил на прошлой неделе в Чикаго, штат Иллинойс, и может быть более далеко от истины: для того чтобы объявить о нем публично, нужно получить еще данные. «Я мог бы поспорить, что нейтрино действительно будет это несоответствие, но было бы преждевременно утверждать, что мы сможем это увидеть», — говорит Андре де Гувеа, физик-теоретик из северо-западного университета в Эванстоне, штат Иллинойс.
Однако это утверждение, вероятно, принесет волнение на тему исследования нейтрино, многочисленные, но неуловимых частиц, которые все чаще кажется, решение всех типов-головоломка.
В 1990-х годах было обнаружено, что нейтрино бросают вызов предсказаний Стандартной модели физики — правильное, но неполное описание природы — в соответствии с имеющимся весом, и, не будучи полностью без массы. С тех пор эксперименты с нейтрино распространился по всему миру, и ученые понимают, что они должны изучать эти частицы для поиска новых объяснений в физике, он сказал Кит Матера, американский физик нейтрино в эксперименте NOvA в Батавии, штат Иллинойс. «Ломают Стандартной модели», — говорит он.
Странный лишний
Преобладание материи над антиматерией во Вселенной необычно, потому что, если эти зеркальное отражение частиц были произведены в равных количествах после Большого Взрыва, они бы уничтожили друг друга в контакте, и не осталось бы ничего, кроме радиации. Физики наблюдали различия в поведении некоторых частиц материи и антиматерии, как каонов и в-мезонов, — но этого не достаточно, чтобы объяснить преобладание вещества во Вселенной.
Ответ может быть в том, что супер-тяжелые частицы распались во Вселенной асимметрично и имеют больше вещества, чем антивещества. Некоторые физики считают, что родственники нейтрино могут быть виновны. Согласно этой теории, если нейтрино и антинейтрино ведут себя сегодня по-другому, что-то подобное дисбаланс в их древних коллег мог бы объяснить избыток материи.
Чтобы проверить это, исследователи эксперимента T2K (Tokai to Kamioka) в Японии решили найти различия между тем, как материальные и антиматериальные нейтрино колеблются между тремя типов, или «ароматов», в зависимости от движения. Запустили пучки нейтрино аромат — мюонные нейтрино — японский ускоритель протонов в прибрежной деревне Токаимура детектор Super-Камиоканды, подземный резервуар стальной в 295 километрах от первого ускорителя, заполненный 50 000 тонн воды. Ученые подсчитали, как появились электронные нейтрино, которые говорят о том, сколько мюонных нейтрино должен был качаться в другой вкус по пути. Затем повторили эксперимент с пучком мюонных антинейтрино.
Две пачки показали разное поведение, сказал Коносуке Iwamoto, физик из Университета Рочестера в Нью-Йорке, на презентации ICHEP.
Странные колебания
Ученые ожидали, что если различия между материей и антиматерией не было, детектор должен был увидеть 24 электронные нейтрино и 7 электронных антинейтрино после 6 лет экспериментов. Антивещество более трудно произвести, и, чтобы обнаружить.
Вместо этого они получили 32 нейтрино и 4 антинейтрино. «Не вдаваясь в математику, он говорит, что материя и антиматерия качается не то же самое», — говорит Чан, Юн-Ки, физик из Университета Stony Brook в Нью-Йорке и член эксперимента T2K.
Предварительные результаты эксперимента T2K и NOvA показывают ту же идею. Но замечания до сих пор могут быть результатом случайная флуктуация; есть шанс 1 к 20 (или 2 сигма, если говорить языком статистики) увидеть эти результаты, если нейтрино и антинейтрино ведут себя таким же образом, отмечает Юнг.
Нужно больше данных, чтобы подтвердить сигнал. В конце своей текущей запуска в 2021 году, эксперимент T2K получит в пять раз больше данных, чем она является сегодня. Но команда нуждается в 13 раз больше данных, чтобы привести статистическую достоверность до 3 сигма, для большинства физиков начала рассматривать эти данные как разумно — но не совсем убедительно — свидетельство асимметрии.
Два лучше, чем один
Команда T2K предложил продлить эксперимент до 2025 года, чтобы собрать все необходимые данные. Но если объединить сбор данных с Нова, который посылает луч нейтрино в 810 километров от Лаборатории Ферми в шахте в северной Миннесоте, вы можете ускорить процесс. Нова послала пучки нейтрино и проходит на пучках антинейтрино в 2017 году. Две группы договорились проводить совместный анализ и планирует пойти на действия 3 сигма к 2020 году, — говорит Юнг.
Чтобы оценка статистической надежности требуется, чтобы объявление официальное открытие — 5 sigma, нужно новое поколение нейтринных экспериментов, которые уже запланированы по всему миру.
Исследователи эксперимента NOvA представил еще один интересный, но преждевременный находка на ICHEP, также вытекает из исследований скорости, с которой мюонные нейтрино проходят в электронных нейтрино: совет о том, какой из трех различных масс нейтрино больше. Ответ на этот вопрос должен помочь ученым выбрать один из конкурирующих теорий о том, как четыре природные взаимодействия объединены в единое высокой энергии, как во время Большого Взрыва.
Физики делают открытия на тему нейтрино почти каждый год, — говорит де Гувеа. Это очень простой по меркам физики элементарных частиц.
Нейтрино могут открыть тайну антиматерии
Илья Хель