Коллаборация MINOS уточнила параметры осцилляций нейтрино и антинейтрино

Коллаборация MINOS уточнила параметры осцилляций нейтрино и антинейтрино

 Текст: Дмитрий Сафин

На проходящей в Мумбаи конференции Lepton Photon 2011 участники проекта MINOS представили уточнённые параметры осцилляций нейтрино и антинейтрино.

Давно установлено, что в природе встречаются три типа (электронный, мюонный и таонный) нейтрино — нейтральных лептонов, слабо взаимодействующих с веществом. Оригинальная версия Стандартной модели рассматривает нейтрино как безмассовые частицы, которые не могут изменять свой тип в процессе распространения, однако эксперименты показали, что эти представления неверны: в свободном «полёте» существует не частица определённого сорта, а некое массовое состояние, то есть комбинация частиц, переходящих друг в друга. Период таких превращений — осцилляций — обратно пропорционален разности квадратов масс частиц, а следовательно, хотя бы у одной из них должна быть ненулевая масса.

В эксперименте MINOS, как мы уже рассказывали, изучаются осцилляции мюонных нейтрино ν_μ и антинейтрино ν_μ. Основными элементами опытной схемы MINOS служат ускоритель и два детектора, один из которых отстоит на 1,04 км от графитовой мишени, используемой для создания исходного пучка, и контролирует параметры последнего, а второй, расположенный в шахте на глубине 716 м, удалён от этой же мишени на 735 км. Взаимодействие разогнанных до 120 ГэВ протонов с мишенью приводит к образованию пионов и каонов, распадающихся с появлением мюонов и нейтрино (антинейтрино); если фокусировать положительно заряженные частицы, можно получить пучок ν_μ, а фокусировка отрицательных пионов и каонов позволяет сформировать пучок с высоким содержанием ν_μ. «Ближний» и «дальний» детекторы имеют практически одинаковую конструкцию и составлены из перемежающихся стальных пластин и слоёв пластикового сцинтиллятора. При взаимодействии пучка со стальными листами образуются мюоны, заряд которых (и тип — ν_μ или ν_μ — падающей частицы) определяется по виду их треков в специально созданном тороидальном магнитном поле. Факт осцилляций можно установить после сравнения данных с двух детекторов.

Магнитные «рога», обеспечивающие фокусировку пионов и каонов в эксперименте MINOS (фото Peter Ginter).

Выполненные ранее измерения свидетельствовали о том, что разности квадратов масс нейтрино и антинейтрино не совпадают. Точнее, параметры осцилляций для ν_μ и ν_μ всё же могли быть идентичными, но расчётная вероятность этого составляла всего 2 процента. «Результаты противоречили общепринятой теории, — говорит представитель MINOS Дженни Томас (Jenny Thomas). — Это заставило нас перепроверять данные и заниматься поисками приборных эффектов, которые могли приводить к ошибкам».

Проблема, к счастью, оказалась менее серьёзной: после обработки расширенного массива данных по мюонным антинейтрино, обсуждавшихся на конференции, различия стали менее выраженными. Скорее всего, несоответствие разностей квадратов масс, измеренных для нейтрино и антинейтрино, вызвано обычной статистической флуктуацией, и никаких ошибок экспериментаторов и следов «новой физики» здесь нет.

Подготовлено по материалам Interactions.Org.