Обсерватории IceCube не удалось раскрыть тайну стерильных нейтрино

Участники коллаборации IceCube рассказали о первых результатах поисков " стерильных нейтрино" – сверхлегких частиц, " общающихся" с иной материей только через гравитационные взаимодействия, сообщает сайт антарктической обсерватории IceCube.

Нейтрино представляют собой мельчайшие элементарные частицы, которые " общаются" с окружающей материей только посредством гравитации и так называемых слабых взаимодействий, проявляющих себя только на расстояниях, существенно меньших размеров ядра атома. К примеру, столкновение нейтрино и протона с крайне малой долей вероятности приводит к рождению нейтрона и позитрона.

В середине прошлого века ученые открыли, что существует три вида таких частиц — – тау, мюонные и электронные нейтрино и их " злые близнецы" -антинейтрино. Наблюдения за Солнцем в 1960 годах и эксперименты нобелевских лауреатов, Артура Макдональда и Такааки Каджиты, показали, что нейтрино разных сортов умеют периодически превращаться друг в друга и обладают ненулевой массой.

Это открытие заставило многих физиков считать, что существует еще и четвертый тип этих частиц – так называемые " стерильные" нейтрино, обладающие чрезвычайно малой массой и не взаимодействующие с другой материей никаким образом, кроме как при помощи сил притяжения. Подобные частицы, как предполагают космологи, могут быть ключом к объяснению процесса расширения Вселенной, существованию темной материи и ряду других загадок мироздания.

Нейтринная обсерватория IceCube, как пишут участники одноименной коллаборации в статье, принятой к публикации в журнале Physical Review Letters, пыталась найти следы относительно легких " стерильных" нейтрино с массой в примерно 1 эВ, наблюдая за потоком космических мюонных нейтрино, " прошивающих" недра Земли при движении в сторону открытого космоса.

Как объясняют ученые, если нейтрино с такой массой действительно существуют, то тогда часть мюонных антинейтрино, рождающихся в верхних слоях атмосферы, будет превращаться не в электронные или тау-нейтрино, а в " стерильные нейтрино", если их энергия будет достаточно высокой. В результате этого число заряженных частиц с подобной энергией, которые они порождают при проходе через атмосферу, должно заметным образом снизиться по сравнению с менее " энергичными" частицами.

Руководствуясь этой идеей, участники коллаборации IceCube попытались найти следы подобной " пропажи" антинейтрино в данных, которые антарктическая обсерватория собирала на протяжении 2011 и 2012 годов при наблюдениях за частицами, чья энергия не превышала 20 ТэВ.

По словам ученых, следов подобной потери антинейтрино им найти не удалось, что говорит о том, что " стерильные" нейтрино с массой примерно в 1 эВ, чье существование было предсказано теоретиками, опиравшимися на странности в частоте превращений разных сортов нейтрино друг в друга, не существуют с вероятностью в 99%.

Тем не менее, как подчеркивают участники IceCube, подобное открытие не означает, что подобные частицы не существуют в принципе – результаты их поисков значительно сузили пределы энергетического " загона", где могут существовать " стерильные" нейтрино, но не полностью ликвидировали его. Вполне вероятно, что обсерватории удастся найти такие частицы после анализа других наборов данных, заключают авторы статьи.