Физики вскоре будут ближе, чем когда-либо, к ответам на фундаментальные вопросы о происхождении Вселенной, узнав больше о ее мельчайших частицах.
Профессор Университета Цинциннати Александр Соуза в новой статье обрисовал в общих чертах следующие 10 лет глобальных исследований поведения нейтрино — частиц настолько малых, что они проходят практически через все триллионы в секунду со скоростью, близкой к скорости света.
Нейтрино — самые распространенные частицы с массой во Вселенной, поэтому ученые хотят узнать о них больше.
Они создаются в результате реакций ядерного синтеза на солнце, радиоактивного распада в ядерных реакторах или земной коре или в лабораториях ускорителей частиц. Во время своего путешествия они могут переходить между одним из трех типов или «ароматов» нейтрино и обратно.
Однако неожиданные экспериментальные результаты заставили физиков заподозрить, что может существовать и другой тип нейтрино, называемый стерильным нейтрино, поскольку он, по-видимому, невосприимчив к трем из четырех известных «сил».
«Теоретически он взаимодействует с гравитацией, но не взаимодействует с другими силами: слабой ядерной силой, сильной ядерной силой или электромагнитной силой», — сказал Соуза.
В новой белой статье, опубликованной в Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics , Соуза и его соавторы обсуждают экспериментальные аномалии в исследовании нейтрино, которые сбили с толку исследователей. Статья была результатом Планирования сообщества физики частиц, именуемого «Snowmass 2021/2022».
Представители физики высоких энергий собираются каждые 10 лет для совместной работы над будущим физики элементарных частиц в Соединенных Штатах и их международных партнерах.
Соуза был одним из авторов статьи, в которой обсуждаются некоторые из наиболее многообещающих проектов, которые появятся в следующем десятилетии.
В подготовке статьи также приняли участие профессор Калифорнийского университета Юре Зупан, доцент Калифорнийского университета Адам Аурисано, приглашенный научный сотрудник Калифорнийского университета Тарак Такоре, научный сотрудник Калифорнийского университета Майкл Уоллбэнк и студенты-физики Калифорнийского университета Херилала Разафиниме и Мириама Раджаоалисоа.
«Прогресс в физике нейтрино ожидается по нескольким направлениям», — сказал Зупан.
Зупан сказал, что помимо поиска стерильных нейтрино физики изучают несколько экспериментальных аномалий — несоответствий между данными и теорией, — которые они смогут проверить в ближайшем будущем с помощью предстоящих экспериментов.
Узнать больше о нейтрино может перевернуть столетия наших представлений о физике. Несколько проектов по нейтрино были отмечены высшей мировой научной наградой — Нобелевской премией, а совсем недавно открытие нейтринных осцилляций получило Нобелевскую премию по физике 2015 года. Такие страны, как США, вкладывают миллиарды долларов в эти проекты из-за огромного научного интереса к изучению этих вопросов.
Один из вопросов заключается в том, почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии, если Большой взрыв создал и то, и другое в равной степени. Исследование нейтрино может дать ответ, сказал Соуза.