Путешествуя со скоростью, близкой к скорости света, три основных нейтрино - электронный, мюонный и таонный, а также противоположная частица - антинейтрино – могут переходить из одного в другой или осциллировать, но этот процесс чрезвычайно трудно обнаружить, и тем более объяснить. С 24 декабря 2011 г., до 17 февраля 2012 г., международная группа ученых в Дайя Бэй наблюдала десятки тысяч взаимодействий нейтрино. Целью ученых было исследовать одну из трансформаций частиц – переход электронного нейтрино в мюон и тау-нейтрино (таонный).

Для того чтобы описать осцилляции нейтрино, используется матрица Понтекорво-Маки-Накагавы-Сакаты, где некоторые значения были уже известны. В недавнем эксперименте ученым удивительно точно удалось отследить верхний предел так называемого «угла смешения» - его назвали тета один-три, – где «колебание» электронного нейтрино перед переходом из одной «разновидности» в другую достигает своего максимума.

«Это новый тип трансформации нейтрино, - говорит Иифанг Ван из китайского Института физики высоких энергий (ИФВЭ), участник эксперимента Дайя Бэй. - Наше измерение должно привести нас к пониманию переходов нейтрино и проложить путь к будущему пониманию асимметрии антивещества и вещества во Вселенной».

Каждый датчик в Дайя Бэй связан с фотомножителем, который ловит слабый след реакций антинейтрино с жидкостью сцинтиллятора, заполняющей каждый датчик (фото sciencedaily.com, автор изображения Рой Калчмидт, Национальная лаборатория Беркли)

Нейтрино – это нейтральные элементарные частицы, которые заполняли Вселенную в самые первые моменты после большого взрыва; они образуются в звездах или в результате нескольких типов ядерных реакций. Частицы не способны подвергаться воздействию электромагнетизма, они отвечают лишь на слабую ядерную силу и еще более слабую гравитацию, беспрепятственно проходя через любую материю, включая людей, дома, планеты и т. д. Несмотря на то, что поймать нейтрино довольно сложно, команда в Дайя Бэй смогла найти способ правильно разместить детекторы частиц.

При проведении эксперимента исследователи использовали восемь датчиков, которые поместили глубоко в горах и под землей. Ученые оборудовали три зала-лаборатории. Первый зал, в котором помещаются два датчика, расположен в 330 метрах от Дайя Бэй, второй, где также два датчика, находится в 500 метрах от электростанции Лин Ао. Еще один зал, Дальний, находится в двух километрах от реакторов, это расстояние, которое требуется частицам для достижения достаточного разгона, чтобы осциллировать. При попадании нейтрино датчики дают световой сигнал, таким образом ученые могут регистрировать частицы. На данный момент два датчика еще не функционируют.

«Несмотря на то, что у нас еще шесть работающих датчиков вместо восьми, мы имеем наилучшие возможности для исследования трансформаций нейтрино. Летом мы планируем приостановить эксперимент и запустить датчик в зале Лин Ао и в Дальнем зале», - говорит Иифанг Ван.

Датчики антинейтрино погружены в бассейны с водой, чтобы оградить их от радиоактивных распадов (фото english.cas.cn, изображение DayaBay Colaboration)

Более точные результаты откроют дверь в дальнейшие исследования нейтрино, помогут определить необходимые параметры будущих экспериментов и понять, какая техника для этого понадобится. Например, ученые рассчитывают исследовать, каким образом можно определить самые массивные нейтрино, есть ли различие между колебаниями нейтрино и антинейтрино, и, в конце концов, узнать, почему во Вселенной больше вещества, чем антивещества – так как после большого взрыва их количество и распределение было равномерным, то есть они должны были аннигилироваться друг с другом; и самый главный вопрос – откуда вообще во Вселенной какое-либо вещество?

«Было очень приятно иметь возможность работать с такой выдающейся международной командой над такого масштаба реакторным экспериментом с нейтрино, - говорит Стив Кеттелл из Национальной лаборатории Брукхевена, руководитель исследовательских работ со стороны США. – Этот момент очень захватывает, потому что мы дошли до точки, где путь полностью расчищен для исследования параметров колебания нейтрино».

«Это действительно замечательно, - говорит Вэньлун Чжань, вице-президент китайской Академии наук и президент китайского Общества физики. - Мы надеялись на положительный результат, когда решили финансировать проект, но мы и не предполагали, что так быстро все получится».