Ученые, работающие в рамках эксперимента NOvA при Лаборатории Ферми (Fermilab), наблюдали первое свидетельство осцилляций нейтрино. Нейтрино — неуловимые частицы, которые очень слабо взаимодействуют с обычной материей. Они бывают трех типов: мюонные нейтрино, электронные нейтрино и тау-нейтрино. Одна из задач эксперимента NOvA — наблюдение осцилляций мюонных нейтрино в электронные нейтрино.

Почему это важно для физики и космологии?

В рамках эксперимента нейтрино были созданы в Лаборатории Ферми возле Чикаго и отправились прямо через Землю на более 1000 километров в удаленный детектор в Аш-Ривер, штат Миннесота, осциллируя по пути. Каждую секунду посылались триллионы нейтрино, но взаимодействуют они так слабо, что лишь несколько нейтрино удалось наблюдать в детекторе Миннесоты.

Пучок, исходящий из Fermilab, состоял почти полностью из мюонных нейтрино. Данные, собранные на детекторе Миннесоты, указывают на наличие электронных нейтрино.

«Если бы осцилляций не было, экспериментаторы увидели бы 201 мюонное нейтрино, прибывшее на удаленный детектор NOvA, среди собранных данных; но вместо этого они увидели лишь 33, что говорит об исчезновении мюонных нейтрино по мере превращения в два других аромата, — сообщается в пресс-релизе NOvA. — Аналогичным образом, если бы осцилляций не было, ученые ожидали увидеть лишь одно электронное нейтрино (из-за фоновых взаимодействий)».

«Люди с восторгом наблюдают первые наблюдения нейтринных осцилляций, — говорит представитель NOvA Питен Шэнэхэн из Лаборатории Ферми. — Всем, кто работал над проектированием, строительством, вводом в эксплуатацию и проведением этого эксперимента более десяти лет, это в высшей степени отрадно».

Помимо изучения нейтринных осцилляций, эксперимент NOvA хочет изучить массы нейтрино. Известно, что нейтрино в миллион раз легче по массе, чем другие частицы Стандартной модели элементарных частиц, но массы трех известных типов нейтрино остаются под вопросом. Бозон Хиггса играет важную роль в теоретической модели масс частиц, но непонятно, подлежат ли нейтрино применению той же самой теоретической модели. Третья цель эксперимента NOvA заключается в изучении возможных различий между осцилляциями нейтрино и антинейтрино, что может иметь важные последствия для космологии.

Понимание физики нейтрино является важным для физики и космологии, и это полностью оправдывает стоимость эксперимента NOvA. Пока слишком рано думать о возможном использовании нейтрино для оперативной связи, но исследователи из Лаборатории Ферми и других учреждений продемонстрировали возможный задел для этого еще в 2012 году.