Антарктический эксперимент IceCube проверил Стандартную модель с участием нейтрино - Гранит науки - 2017-12-01

Нейтрино – одни из самых многочисленных элементарных частиц, триллионы нейтрино проходят через нас и все сущее каждую секунду. Однако исследовать их чрезвычайно трудно, потому что они не имеют заряда: их траекторию невозможно контролировать и частицы невозможно ускорить. К тому же они почти лишены массы и редко взаимодействуют с другими частицами материи, а потому трудно регистрируемы. Все это означает, что многие теоретические предсказания, касающиеся нейтрино, трудно проверить экспериментально. Детектор IceCube, находящийся на Южном Полюсе, недавно подтвердил предсказания Стандартной модели физики частиц, которая описывает свойства фундаментальных частиц и их взаимодействия, в части, касающейся нейтрино. Согласно Стандартной модели, вероятность взаимодействия нейтрино с другими частицами будет тем выше, чем выше будет их энергия. Подземная антарктическая обсерватория IceCube представляет для нейтрино мишень огромного объема, в одном кубическом километре льда 86 вертикальных скважин, в которых находится более пяти тысяч оптических сенсоров.

Когда нейтрино взаимодействуют с ядрами вещества в этом ледяном объеме, они производят мюоны, движущиеся быстрее скорости света в этом же веществе. Светочувствительные сенсоры улавливают возникающие при этом вспышки Черенковского излучения, указывая таким образом направление входа нейтрино в экспериментальное пространство. Поскольку источника нейтрино внутри «куба» нет, речь идет о достигших Земли нейтрино космического происхождения. В прежних исследованиях взаимодействия нейтрино с веществом было установлено присутствие частиц с энергией до 370 ГэВ, и это был максимум, которого можно было достичь, получая пучки нейтрино на ускорителе. Сейчас коллаборация IceCube сообщила в журнале Nature о регистрации природных проходящих сквозь Землю нейтрино с энергией от шести до 980 ТэВ, то есть на три порядка выше, чем в ускорителях. «Значимость этого достижения в том, что оно впервые показало возможность поглощения нейтрино высоких энергий чем бы то ни было, в данном случае – Землей», пояснил изданию Science Daily один из авторов публикации профессор Университета штата Пенсильвания (Penn State) Даг Коуэн (Doug Cowen). «Понимание взаимодействия нейтрино – это главная задача обсерватории IceCube, и мы, конечно, надеялись здесь на какую-то новую физику, но, к сожалению, обнаружили только то, что Стандартная модель, как всегда, выдержала испытание», говорит один из научных руководителей эксперимента Фрэнсис Хальцен (Francis Halzen) из Университета Висконсин-Мэдисон (Univeristy of Wisconsin-Madison). Новости мировой науки вы найдете также на странице нашей программы в газете научного сообщества «Поиск».