Международная коллаборация MINOS подтвердила представленные в прошлом месяце данные о нейтринных осцилляциях редкого типа.

Принято считать, что нейтрино — лёгкие нейтральные частицы с большой проникающей способностью — разных поколений (электронные νе, мюонные νμ или таонные ντ) могут «превращаться» друг в друга; иными словами, вероятность обнаружения нейтрино определённого сорта периодически изменяется по мере его движения. Такое явление, возможное только при отличной от нуля массе частиц, и назвали осцилляциями. В оригинальной версии Стандартной модели осцилляции и ненулевая масса нейтрино не описываются, но включить их в эту теоретическую конструкцию довольно легко.

Для описания осцилляций используют матрицу Понтекорво — Маки — Накагавы — Сакаты и так называемые углы смешивания θ12, θ23 и θ13. Первые два угла уже измерены, а значение третьего, самого маленького, было ограничено сверху.

В июне текущего года представители международного проекта Т2К сообщили о том, что им, вероятно, удалось зарегистрировать редкое «превращение» мюонных нейтрино в электронные. Этот результат позволил дать новую оценку величины sin2(2θ13): теперь учёными известно, что неравенство 0,03 (0,04) < sin2(2θ13) < 0,28 (0,34) должно выполняться при нормальной (обратной) иерархии масс нейтрино. Если бы осцилляций вида νμ → νе не существовало, sin2(2θ13) равнялся бы нулю.


Участники проекта MINOS, как и их коллеги из Т2К, пытаются установить значение θ13 и отслеживают появление электронных нейтрино в специально подготовленном пучке νμ. Эксперименты построены по схожим схемам, чьими основными элементами служат ускоритель и два детектора, один из которых находится рядом с ускорителем и контролирует параметры подготовленного пучка, а второй, предназначенный для обнаружения νе, располагается на значительном расстоянии от первого. Мюонные нейтрино физики из MINOS получают на ускорителе американской Национальной лаборатории им. Ферми, направляя протоны на графитовую мишень с целью образования пионов и каонов, распадающихся с образованием мюонов и нейтрино. «Ближний» и дальний» детекторы имеют практически одинаковую конструкцию и составлены из перемежающихся стальных пластин и пластиковых сцинтилляторов, но «дальний», размещённый в шахте на глубине в 716 м, намного более массивен. Расстояние между ним и ускорителем, равное 735 км, нейтрино преодолевают примерно за четырёхсотую часть секунды.

В ходе измерений исследователи из MINOS зарегистрировали 62 события, которые имели все признаки взаимодействий электронного нейтрино. Если бы мюонные нейтрино не «превращались» в электронные, физики, как свидетельствуют расчёты, отметили бы всего 49 таких событий; отсюда можно сделать вывод о том, что sin2(2θ13) < 0,12. «Скорее всего, реальная величина sin2(2θ13) находится в нижней части диапазона, который был установлен в эксперименте T2K, — говорит сотрудник Лаборатории им. Ферми Роберт Планкетт (Robert Plunkett). — Впрочем, оценки MINOS и T2K ещё необходимо проверить, и здесь нам помогут только новые данные».

Экспериментальную информацию на детекторе MINOS учёные планируют собирать до февраля 2012 года.

Диапазоны возможных значений sin2(2θ13), установленные коллаборациями MINOS и Т2К для нормальной иерархии масс нейтрино. Наиболее вероятная величина, рассчитанная по данным Т2К, равна 0,11, а результаты MINOS указывают на sin2(2θ13) = 0,04.