Нейтрино — самые легкие и неуловимые из всех известных субатомных частиц. Они гораздо легче, чем электроны. И могут проникать сквозь обычную материю, словно ее вовсе не существует. Каждую секунду через Ваше тело проходит около ста триллионов нейтрино. И большинство из них проходят сквозь Землю без каких-либо шансов быть остановленными. Эти призрачные частицы очень трудно поддаются изучению.
Тем не менее физики добились определенного прогресса в этом вопросе. Сегодня они знают, что существует 3 типа нейтрино: электронное нейтрино, мюонное нейтрино и тау-нейтрино. Ученые также обнаружили, что во время своего путешествия нейтрино может менять свою идентичность. То есть быстро переключаться между тремя разными типами. Например, эта странная частица может родиться как электронное нейтрино. Но в конечном итоге фиксируется как мюонное или наоборот. Этот процесс, уникальный для субатомного мира, известен как осцилляция нейтрино.
Стерильное нейтрино
Однако некоторые эксперименты показали, что нейтринные осцилляции происходят не так, как ожидали исследователи. Первый из этих экспериментов, названный детектором нейтрино с жидким сцинтиллятором, или LSND, исследователи провели в Лос-Аламосе, США, в 1990-х годах. LSND исследовал пучок мюонных антинейтрино, чтобы увидеть, сколько из них превращаются в разные типы на коротком расстоянии. Результаты эксперимента показали, что превратилось в электронные антинейтрино больше частиц, чем ожидалось.
В 2002 году аналогичный эксперимент, проведенный в FermiLab, под названием MiniBooNE, также зафиксировал избыток электронных нейтрино. После этого ученые задались вопросом – может ли это расхождение быть вызвано существованием еще более неуловимого типа нейтрино? Они назвали эту частицу стерильное нейтрино. И предположили, что в отличие от трех известных типов «активных» нейтрино, стерильное нейтрино взаимодействует с материей не через слабое взаимодействие. А только через гравитацию. Что делает его практически незаметным. Единственным обнаруживаемым следом может быть только влияние, которое частица оказывает на вероятность осцилляций других нейтрино.
Идея стерильных нейтрино привлекательна по ряду причин. Все фундаментальные частицы материи, кроме нейтрино, бывают как лево-, так и правовращающими. Все три известных типа нейтрино являются левыми по отношению к слабому взаимодействию. Так что было бы разумно, если бы существовали правые нейтрино, слепые к слабому взаимодействию. Стерильное нейтрино также предсказываются теориями великого объединения. Которые пытаются объединить электромагнетизм, сильное и слабое взаимодействие в одно целое. В области космологии стерильные нейтрино дают возможное объяснение еще одной загадке — природе темной материи.
Ничего не нашли
Однако результаты работы, объявленные группой, работающей над экспериментом MicroBooNE в FermiLab, вызвали серьезные сомнения в существовании стерильных нейтрино. MicroBooNE преодолел некоторые ограничения, которые были у его предшественника MiniBooNE. Например, в отличие от MiniBooNE, он может различать электрон или фотон, возникающие при взаимодействии нейтрино с детектором.
На семинаре 27 октября 2021 года коллаборация MicroBooNE объявила, что четыре разных поиска избытка электронных нейтрино ничего не дали. И это плохие новости для сторонников гипотезы, предполагающих, что стерильное нейтрино действительно существует.
Эксперимент MicroBooNE пока еще не закончен. Поскольку только чуть больше половины собранных данных подверглась анализу. Команда физиков все еще продолжает просматривать полученную информацию в поисках всего, что могло быть упущено из виду. Стерильные нейтрино еще не ушли в небытие. Но если эксперимент MicroBooNE продолжит появляться перед исследователями с пустыми руками и растерянным видом, физики столкнутся с проблемой. Ведь они не смогут объяснить ранее полученные положительные результаты других экспериментов. И понять – почему все известные нейтрино левые?