Физика за пределами Стандартной модели: изменчивая природа нейтрино
Частицы нейтрино, о которых косвенно упоминалось в заметке «10 самых странных вещей во Вселенной», бывают трех типов или, как говорят в тесном кругу физиков, ароматов: электронное нейтрино, мюонное нейтрино и тау-нейтрино. Еще в 1958 году итальянский физик Бруно Понтекорво заметил, что никакой принцип, кроме закона сохранения лептонного числа, не запрещает нейтрино одного типа самопроизвольно превращаться в нейтрино иного типа. Возможно, это в том случае, если частица представляет собой квантово-механическую «смесь» других частиц. Другими словами, любое нейтрино можно представить состоящим из трех других.
С тех пор особенно остро встала проблема экспериментального подтверждения изменчивой природы нейтрино. Ученые из Европейской организации по ядерным исследованиям CERN провели ряд экспериментов. Создаваемый протонным суперсинхротроном (SPS) в лаборатории под Женевой пучок мюонных нейтрино был направлен в подземную лабораторию Гран-Сассо (LNGS). Расстояние между лабораториями составляет 730 км. В настоящее время ученым удалось в третий раз официально подтвердить превращение нейтрино в рамках эксперимента OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus). Для определения тау-нейтрино, появляющихся от осцилляций мюонных нейтрино, использовался детектор OPERA. Впервые доказать изменчивую природу нейтрино удалось еще в 2010 году, а второй экспериментально подтвержденный случай превращения был зафиксирован в 2012 году.
В Стандартной модели физики элементарных частиц нейтрино принимаются безмассовыми. В связи с тем, что ученым удалось доказать нейтринные осцилляции, стандартная модель нуждается в расширении. Стоит отметить, что еще в далеком 1969 году американский физик Мюррей Гелл-Манн, удостоившийся Нобелевской премии, пролил свет на изменчивую природу нейтрино.
«Наблюдение третьего превращения тау-нейтрино является важным доказательством двух предыдущих наблюдений. Это также подтверждает теорию, что на пути от Солнца к Земле нейтрино не исчезают, а просто меняют форму, поэтому их количество меньше ожидаемого»,
— сказал профессор Джованни Де Леллис, руководитель проекта OPERA. Ученые намерены продолжать исследования как минимум в течение следующих двух лет.