Учені, які присвятили свою роботу розгадці таємниць невловних нейтрино, оприлюднили перші наукові результати з нової підземної станції в Китаї. Отримані дані забезпечили найточніші в історії вимірювання низки властивостей цих примарних субатомних частинок.
Дослідження проводиться на базі об’єкта JUNO (Jiangmen Underground Neutrino Observatory). Це гігантський детектор частинок, збудований на глибині близько 650 м під скельним масивом поблизу міста Кайпін у південній китайській провінції Гуандун.
Детальні результати роботи науковці опублікували в науковому журналі Nature. В основу статті лягли дані, зібрані за перші 59 днів роботи детектора одразу після завершення його будівництва минулого року.
За словами Іфана Вана, науковця з Інституту фізики високих енергій Китайської академії наук та речника колаборації JUNO, отримані цифри не лише мають величезну цінність для фізики нейтрино, а й доводять надзвичайну ефективність нового масштабного детектора.
Загадка примарних частинок
Нейтрино — це фундаментальні елементарні частинки. Їх у Всесвіті надзвичайно багато, але при цьому вони залишаються найменш вивченими. Річ у тім, що вони електрично нейтральні, тому на них не впливають магнітні поля, і вони здатні проходити крізь будь-яку матерію — зорі, планети й наші тіла, — майже не взаємодіючи з нею. Щосекунди трильйони нейтрино пронизують нас, а ми цього навіть не відчуваємо.
Народжуються ці частинки в екстремальних умовах: у ядрах таких зір, як наше Сонце, або під час вибухів наднових. Науковці розрізняють три типи (або «аромати») нейтрино. Рухаючись у просторі, вони здатні перетворюватися з одного типу на інший — цей процес називається осциляцією.
Наразі вчені впевнені, що нейтрино мають масу. Але одним із головних нерозв’язаних питань є так званий порядок маси — визначення того, який зі станів нейтрино є найлегшим, а який — найважчим. Хоча перші результати JUNO ще не дали остаточної відповіді на це запитання, вони дозволили виміряти два з шести фундаментальних параметрів осциляції з рекордною точністю — приблизно в 1,6 раза кращою, ніж під час попередніх досліджень.
Як працює детектор за 300 млн доларів
Кожна частинка матерії має свого «двійника» — античастинку з протилежним зарядом. Тому існують і антинейтрино. JUNO фіксує саме їхні осциляції. Джерелом випромінювання антинейтрино слугують атомні електростанції Янцзян і Тайшань, розташовані за 52,5 км від лабораторії.
Сам детектор являє собою величезний сферичний резервуар, наповнений 20 тис. тоннами органічної рідини. Перебуваючи у повній темряві, ця рідина спалахує світлом, коли крізь неї проходить антинейтрино.
Досліджувати нейтрино вкрай складно: щохвилини Землю пронизує незліченна їхня кількість, але взаємодіє з матерією лише мізерна частина. Саме тому такі експерименти потребують величезних резервуарів, глибокого підземного розташування для екранування від потоків інших частинок та стабільної багаторічної роботи.
Ключ до еволюції Всесвіту
Відстежуючи нейтрино до їхнього джерела, астрофізики можуть вивчати найпотужніші процеси у космосі. У майбутньому JUNO ловитиме частинки від Сонця та вибухів наднових. Ці дані можуть стати ключем до розуміння того, чому у Всесвіті матерія переважає над антиматерією, а також допоможуть розкрити природу темної матерії та темної енергії.
Масивна зоря на завершальному етапі життя переживає колапс ядра, що супроводжується потужним викидом нейтрино — перших провісників майбутнього вибуху наднової.
Художнє уявлення про останні миті життя масивної зорі, маса якої перевищує масу нашого Сонця у 8 разів. Наприкінці свого життєвого циклу зоря вичерпала значну частину речовини, необхідної для вироблення енергії в її надрах. Без цієї енергії її ядро більше не здатне утримувати верхні шари й колапсує під їхньою вагою. Колапс ядра призводить до складних фізичних процесів всередині світила, які виробляють велику кількість нейтрино, частина яких виривається із зорі та випромінюється в навколишній простір. Вони є першими провісниками наднової та передують вибуху на кілька годин. Величезна кількість енергії, що утворюється внаслідок колапсу ядра, викликає ударну хвилю, яка поширюється назовні крізь шари зорі. За короткий час ударна хвиля досягає її поверхні: на небі спалахує наднова. На зображенні показаний момент, коли ударна хвиля ось-ось пройде поверхню світила. Нейтрино, що вирвалися назовні, зображені у вигляді світлових променів, які випромінюються від зорі.
Проєкт JUNO, вартість якого перевищує 300 млн доларів, є частиною міжнародної співпраці. Він входить до трійки світових флагманів фізики нейтрино разом із детекторами DUNE у США та Hyper-Kamiokande в Японії. За словами Іфана Вана, ці три проєкти ідеально доповнюють один одного: вони використовують різні технології та джерела частинок, а отже, спільними зусиллями забезпечать людству найповніше розуміння фундаментальних властивостей нейтрино.
Раніше ми пояснювали, що нейтрино містить відповідь за космологічну загадку, чому одні зорі вибухають, а інші — ні.
За матеріалами Reuters
