Последние результаты включают измерения, которые отслеживают, как нейтрино меняют тип или аромат во время движения, и эта характеристика называется осцилляцией нейтрино. Измеряя осцилляции нейтрино, исследователи могут сосредоточиться на двух ключевых свойствах нейтрино: их «угле смешивания» и «расщеплении масс»."
Измерения этих свойств, выполненные коллаборацией Daya Bay, являются наиболее точными на сегодняшний день, что примерно в два раза лучше, чем предыдущие измерения, опубликованные коллаборацией в начале 2014 года. Новые результаты будут опубликованы в Physical Review Letters.
"Мы пытаемся измерить небольшой эффект с очень высокой точностью. Наш новый результат является важной вехой, знаменующей начало эры точности нейтринной физики ", — сказал физик Синь Цянь из U.S. Брукхейвенская национальная лаборатория Министерства энергетики США, которая играет несколько ролей в этом международном проекте, от управления до разработки детекторов и анализа данных. В Коллаборацию входят более 200 ученых из семи регионов и стран.
Ученые говорят, что важно как можно точнее измерить угол смешивания и параметры расщепления масс, потому что поведение нейтрино может быть ключом к пониманию асимметрии между материей и антивеществом во Вселенной. Эта асимметрия, известная как нарушение зарядовой четности или CP-нарушение, объясняет, почему вскоре после Большого взрыва, когда большая часть вещества и антивещества аннигилировали друг друга, часть вещества осталась, чтобы составить Вселенную, которую мы видим сегодня.
Колеблющееся нейтрино
Поведение нейтрино не похоже на поведение любой другой фундаментальной частицы — они, кажется, исчезают, появляются снова и трансформируются во время беспрепятственного путешествия из таких источников, как Солнце и другие звезды, через космос, планеты и даже наши собственные тела.
Нейтрино бывают трех видов: электронное, мюонное и тау. И когда нейтрино путешествует, благодаря квантово-механическим колебаниям, оно колеблется между ароматами.
То есть частица, которая начинается как электронное нейтрино, может в какой-то момент превратиться в тау-нейтрино. Затем в другой момент он будет выглядеть так же, как в начале. Со временем эти преобразования происходят снова и снова, при этом колебания имеют определенную амплитуду и частоту — подобно звуковым и световым волнам.
Амплитуда осцилляций нейтрино дает ученым информацию о скорости, с которой нейтрино превращаются в различные ароматы, известной как угол смешивания.
Частота колебаний дает информацию о разнице между массами, это свойство известно как расщепление масс.
Сеть нейтрино
Для изучения осцилляций нейтрино коллаборация Daya Bay погрузила восемь детекторов в три больших подземных водоема. Эти детекторы расположены на разном расстоянии от шести реакторов China General Nuclear Power Group в Дайя-Бэй.
В качестве побочного продукта производства электричества реакторы испускают постоянные потоки электронных антинейтрино, которые для целей эксперимента по существу идентичны электронным нейтрино. Детекторы улавливают преобразования, которые происходят по мере того, как эти миллионы квадриллионов электронных антинейтрино перемещаются дальше от своего происхождения в реакторах.
На основе данных, собранных за 217 дней с помощью шести детекторов Daya Bay и 404 дней с использованием всех восьми детекторов Daya Bay, исследовательская группа определила значение для определенного угла смешивания, называемого theta13 (произносится как theta-one-three). , с точностью в два раза лучше, чем предыдущие результаты. Аналогичное улучшение было сделано в точности измерения расщепления массы.
«Мы смогли собрать так много данных и достичь такого уровня точности благодаря впечатляющим характеристикам наших детекторов», — сказал физик Чао Чжан из Brookhaven Lab. Он добавил, что измерения подтверждают модель трех нейтрино, которая описывает нынешнее понимание физиками природы нейтрино и будет иметь далеко идущие последствия для будущих нейтринных экспериментов.
Коллаборация Daya Bay продолжает собирать данные.
В конце 2017 года у него будет примерно в четыре раза больше данных для дальнейшего повышения точности как для угла смешивания theta13, так и для соответствующего расщепления масс. К тому времени все три угла смешивания и два расщепления масс могут быть определены с сопоставимой точностью, лучше трех процентов, что необходимо для будущих нейтринных экспериментов по измерению оставшихся неизвестных свойств неуловимых нейтрино.
Беспрецедентная точность набора данных позволяет проводить множество других исследований: например, команда ищет доказательства возможного «стерильного» нейтрино, гипотетического типа, который может смешиваться с тремя известными ароматами нейтрино. Если это стерильное нейтрино проявится в данных, ученым придется переосмыслить модель трех нейтрино. Команда также ищет множество других возможных отклонений от ожиданий Стандартной модели, теории, которую физики используют для описания взаимодействия частиц.
«Расширяя наши знания о нейтрино, эксперимент в Дайя-Бэй расширит наше понимание фундаментальной физики», — сказал Чжан.