Нобелевская премия за осцилляции нейтрино: что это и почему это важно?
Две исследовательские группы — «Супер-Камиоканде» под руководством Такааки Кадзиты и Нейтринная обсерватория в Садбери (Канада) под руководством Артура Макдональда — независимо друг от друга открыли явления осцилляции нейтрино. Это процесс, в ходе которого элементарные частицы нейтрино переходят из одного состояния в другое, Так как нейтрино бывают трех разновидностей — электронные, мюонные и таонные — то именно между этими разновидностями и происходят превращения. Следствием такого процесса является то, что нейтрино должны обладать массой, что нарушает Стандартную модель физики элементарных частиц, то есть совокупность предположений и утверждений о физике частиц, которая до этого открытия считалась исчерпывающей. С открытием того, что нейтрино обладают массой все изменилось. Вдобавок, теперь нейтрино, частицу, ранее считавшуюся практически неуловимой, можно отследить и поймать, а значит, исследовать ее до сих пор неизвестные науке особенности.
Когда нейтрино путешествуют сквозь космос, квантово-механические флуктуации меняют их состояния, с электронного на мюонное или таонное. Группа Кадзиты проследила, как происходит осцилляцию атмосферных нейтрино, а группа Макдональда выяснила, что нейтрино, летящие от Солнца, не исчезают на подлете к Земле, а просто меняют свои состояния. Обе обсерватории представляют собой массивные подземные резервуары с водой, экранированные от воздействия более привычных взаимодействий элементарных частиц.
Почему это важно? Обратимся к пресс-релизу самого Нобелевского комитета: открытие ученых «решило головоломку нейтрино, которая озадачивала физиков на протяжении десятилетий. По сравнению с теоретическими подсчетами количества нейтрино в реальных замерах, произведенных на Земле, не хватало около двух третей частиц. Теперь же эти два эксперимента показали, что нейтрино не исчезают, а просто меняют состояния. В результате, открытие привело к далеко идущим выводам о том, что нейтрино, долго считавшиеся частицей без массы, все-таки ей обладают, пусть и очень небольшой.
Это было историческое открытие в области физики элементарных частиц. Ее Стандартная модель внутренней работы материи была невероятно успешна, более двадцати лет сопротивляясь всем экспериментам, бросающим ей вызов. Тем не менее, с открытием массы нейтрино можно с уверенностью сказать, что Стандартная модель не может быть теорией, которая полностью охватывает фундаментальные составляющие Вселенной.
После фотонов, нейтрино — это самые многочисленное элементарные частицы во всем космосе. Они постоянно бомбардируют Землю, и открытие, награжденное в этом году Нобелевской премией, дает ключевое понимание функционирования их мира, скрытого от нас. Теперь эксперименты могут продолжаться, чтобы поймать нейтрино и исследовать свойства этой казавшейся неуловимой частицы. Новые открытия ее секретов изменят наше понимание об истории, структуре и будущей судьбе всей Вселенной».