Осцилляции нейтрино: новые данные установки KamLAND

Новые результаты эксперимента KamLAND (Япония) дают самое прямое доказательство существования массы у нейтрино и реальности нейтринных осцилляций. Были измерены энергетические спектры электронных антинейтрино, которые излучаются при работе 53-х японских ядерных реакторов(arXiv.org/abs/hep-ex/0406035).

Считается, что нейтрино бывают только трех сортов: электронное, мюонное и тау-нейтрино. В рамках Стандартной Модели, которая описывает современные экспериментальные данные по физике частиц, долгое время предполагалось, что нейтрино не имеют массы. Однако в последнее время появилось большое количество указаний на то, что нейтрино все-таки обладают массой. Поэтому Стандартная Модель должна быть подкорректирована.

Огромное число электронных нейтрино порождается ядерными реакциями на Солнце, а нейтрино всех трех сортов образуются при взрывах сверхновых. Тем не менее, обнаружить нейтрино чрезвычайно трудно, поскольку они электрически нейтральны и взаимодействуют с веществом только при помощи слабых взаимодействий.

Антинейтрино — это античастицы, соответствующие нейтрино. Они могут рождаться в реакциях деления на атомных электростанциях. KamLAND (the Kamioka Liquid scintillator Neutrino Detector) чувствителен только к электронным антинейтрино. Предыдущие измерения установки KamLAND показали, что в рабочем объеме детектора обнаруживается меньше электронных антинейтрино, чем в случае, если антинейтрино не испытывают осцилляций.

В данной работе ученые коллаборации KamLAND построили распределение по числу зарегистрированных нейтрино как функцию отношения E/L, где L-расстояние, которое проходит антинейтрино от реактора до детектора, E-энергия нейтрино, измеренная в детекторе. По словам Стюарта Фридмана (Stuart Freedman), который является руководителем американской группы в коллаборации KamLAND, отношение E/L может рассматриваться как величина, пропорциональная времени в системе покоя антинейтрино.

Колебания кривых на графиках указывают на то, что антинейтрино исчезают и возникают снова. Кроме того, форма кривых совместима с гипотезой нейтринных осцилляций, не совместима с гипотезой о полном отсутствии осцилляций и двумя другими моделями, которые пытаются объяснить исчезновение нейтрино (см. рисунки).

Эти результаты подтверждают более ранние работы, которые были выполнены на установках SNO (Sudbury Neutrino Observatory) в Канаде и Super-KamiokaNDE в Японии и в которых были найдены весомые свидетельства в пользу нейтринных осцилляций. "Сейчас фактически происходит переход от эпохи, в которую мы качественно исследовали нейтринные осцилляции к эпохе, в которую мы можем детально измерить параметры нейтринных осцилляций," — сказал в интервью корреспонденту журнала "PhysicsWeb" С. Фридман: "Это важно, потому что в свете новых данных Стандартная Модель должна быть скорректирована".

Перевод Н. Никитина

На фотографии в начале статьи дан общий вид 13-ти метровой сферы установки KamLAND. Сфера заполнена жидким синцилятором, в котором происходит детектирование нейтрино.

Обозрение Николая Никитина "Неизбежность странного микромира"