Чергові експерименти у фізиці елементарних частинок наносять новий укол Стандартної Моделі: можливо, вдалося виявити несподіваний, четвертий аромат нейтрино.

Якщо описувати спрощено, то матерія складається з фундаментальних частинок – ферміонів (включаючи 6 різних кварків, 6 різних лептонів, плюс античастинки для кожної з них) і калібрувальних бозонів – особливих частинок, що переносять фундаментальні взаємодії (електромагнітну, слабку, сильне і гравітаційне). Кварки формують такі всім відомі частки, як протони і нейтрони, а електрон є лептоном сам по собі. Як і нейтрино.

У електрона є «частки-сестри», мюон і тау-лептон, вони різняться масою і ароматом. Відповідно, і у електронного нейтрино є доповнюють його сестриці, мюонне нейтрино і тау-нейтрино. Говорячи більш суворо, вони являють собою різні «покоління» частинок, і можливість існування більш ніж 3-х поколінь не відповідає Стандартної Моделі фізики елементарних частинок.

При цьому нейтрино постійно осцилюючою, змінюючи покоління, перетворюючись то в тау-, то в мюонне нейтрино, і назад, і так далі. Але от у ході експерименту MiniBooNE осциляцій виявилося більше, ніж можна було б очікувати, виходячи з цієї безхмарним картини.

«Результати дозволяють припустити, що або є нові частинки, або нові взаємодії, про які ми поки не знаємо, – говорить один з авторів роботи, професор Байрон Рой (Byron Roe), – але найпростіше зробити висновок про існування частинок нейтрино нового аромату, "стерильного", який не вступає в звичайне слабка взаємодія ».

Для всіх трьох «звичайних» поколінь нейтрино (в даному випадку покоління і аромат частинки – синоніми) саме слабка взаємодія є чи не єдиним, в яке вони вступають. Значно слабкіше виражено гравітаційне, а сильне ними і зовсім ігнорується.

Слабка взаємодія проявляється лише на дуже близьких відстанях, і нейтрино повинен виявитися зовсім поряд з іншою частинкою, щоб як-то «відреагувати» на неї. У результаті нейтрино може пролетіти відстань у сотні світлових років, так жодного разу і не вступивши у взаємодію – через наші тіла в секунду пролітають багато трильйони трильйонів нейтрино, без будь-якого ефекту. А якщо ж у нового нейтрино четвертого аромату і ця можливість взаємодії відсутня, це робить його і зовсім практично необнаружімой часткою-примарою, від чого і запропоновано їй найменування «стерильної».

Звичайно, наявність його потребують коригування Стандартної Моделі, зате воно непогано пояснить деякі моменти, пов'язані зі складом нашого Всесвіту. За словами брав участь у роботі студента Вільям Луїса (William Louis), «стерільное нейтрино могло б відповідати за частину або за всю темну матерію, а також пояснити асиметрію між кількістю матерії та майже відсутньою антиматерією ».

Між тим, експеримент MiniBooNE став не першим, в якому виявилася перевищення числа нейтринних осциляцій над очікуваним – це було показано ще в 1990-х на детекторі LSND в Лос-Аламосі, і саме для перевірки тих даних проводиться MiniBooNE. Спочатку підтвердження знайдено не було, поки аналізувалося поведінка пучка нейтрино, але коли MiniBooNE перевели на пучок антинейтрино (як, до речі, і на LSND), свідчення наявності стерильного нейтрино знову виявилися. Це, до слова, особливо інтригуючий момент, можливо, пов'язаний з фундаментальною різницею між матерією і антиматерією, різницею, яку ми поки що тільки почали намацувати.

Втім, вчені в черговий раз застерігають сприймати подібні «революційні» дослідження однозначно і остаточно. Будуть потрібні роки перевірок та додаткових експериментів, перш ніж можна буде говорити про стовідсотково достовірних даних – і робити з них далекосяжні висновки.

За матеріалами: University of Michigan