Ученые РАН начали эксперимент по поиску частиц-призраков
- Над загадкой "темной материи" вот уже несколько десятилетий бьются сотни лабораторий мира, - говорит заместитель директора Института ядерных исследований РАН доктор физико-математических наук Максим Либанов. - Одними из претендентов на разгадку являются как раз нейтрино, потоки которых пронизывают космос. Эта удивительная частица - один из лидеров по числу Нобелевских премий. Если знаменитый бозон Хиггса удостоен всего одной, то за нейтрино выдано уже три. И такое внимание не случайно: все развитие физики элементарных частиц в XX веке неразрывно связано с этой частицей. Не обошли ее и писатели. В романе Станислава Лема "Солярис" описывались "гости" - разумные существа из нейтрино.
Последняя нобелевка вручена в 2015 году за открытие явления осцилляции. Лауреаты "замахнулись" на один из фундаментов современной науки - Стандартную модель, которая считается выдающимся достижением физики XX века. Она описывает огромный мир элементарных частиц, предсказывает появление новых. В разное время физиками были открыты три вида нейтрино. Они вписывались в модель, правда, с условием, что ни одно не имеет массы. Так и считали многие годы, пока не было открыто явление осцилляции. Оказалось, что три "сестрицы" могут превращаться друг в друга. А вывод из этого открытия стал поистине революционным: без массы такие метаморфозы невозможны. В итоге нейтрино обрели вес.
Почему физики заблуждались так долго? Работа с нейтрино - дело неблагодарное. Мало того что у них ничтожная масса, так она себя практически никак не проявляет. Вступает во взаимодействие, только если к нему приблизиться почти вплотную. Поэтому нейтрино может пролететь гигантские расстояния в сотни световых лет, так и оставшись незаметной. (Кстати, через наше тело в секунду проходят триллионы триллионов нейтрино без всякого эффекта.)
Когда три нейтрино потяжелели, физики задумались, как вписать новичков в Стандартную модель. А тут их ожидал новый сюрприз. Недавно в экспериментах появилась косвенная "улика", что может существовать и четвертое нейтрино. Но если уже известные три пусть очень слабо, но себя хоть как-то проявляют, то данная частица вообще не подает никаких сигналов. Поэтому ее назвали частицей-призраком, или "стерильным" нейтрино. Как искать то, о чем наука почти ничего не знает? То, что стремится остаться инкогнито?
- Как ни странно, ответ подсказал космос, - говорит Максим Либанов. - В излучении галактик была обнаружена странная спектральная линия. Это след фотонов с энергией 3,55 кэВ. Но в природе нет веществ, атомы которых давали бы такую спектральную линию. И ученые предположили, что ее могло породить "стерильное" нейтрино. А самое главное, определена ее масса - примерно 7,1 кэВ. (К примеру, масса протона почти в тысячу раз больше.) А это уже серьезная наводка, где искать частицу-призрак.
В Институте ядерных исследований РАН на эту энергию сейчас нацелены установки "Троицк-ню-масс" и KATRIN. Максим Либанов подчеркивает: если стерильное нейтрино попадется в сети, то появится шанс не только открыть новую частицу, но и разгадать тайну "темной материи". Ведь согласно теории, она может состоять как раз из таких частиц. Более того, ученые смогут в перспективе получить эту материю прямо в лаборатории. Кроме того, именно стерильное нейтрино поможет объяснить еще одну загадку Вселенной - ее асимметрию. Как известно, ее вещество состоит практически только из материи и почти отсутствует антиматерия. По мнению Либатова, открытие стерильного нейтрино может привести к появлению новой физики, дополнению Стандартной модели, даст принципиально новые знания о космосе. Поток нейтрино несет в себе уникальную информацию об окружающем нас мире. Его исследование может объяснить, что происходило в ранние стадии эволюции Вселенной, процессы формирования химических элементов, механизм эволюции звезд, помочь понять проблемы внутреннего строения Земли.
Очередной эксперимент по поиску "темной материи" оказался неудачным. Об этом сообщили ученые Национальной ускорительной лаборатории Ферми (США). Они проверяли гипотезу, что "темная материя" состоит из особых частиц "вимпов", которые никак себя не проявляют, кроме гравитации. Их пытаются найти, используя гигантские подземные детекторы с чистым ксеноном. За последние 20 лет ученые создали около дюжины таких установок, но не одна не смогла зафиксировать хотя бы один надежный след "вимпов". Особые надежды возлагались на детектор, построенный в Италии в 2014 году. Он содержит 3,5 тонны ксенона, что в 10 раз больше массы всех конкурентов.
Увы, результаты в очередной раз оказались нулевыми - команде из более ста физиков из 21 страны не удалось найти никаких признаков существования "вимпов". Ученые подчеркивают, что это не ставит крест на подобных экспериментах. Сейчас физики проводят повторные наблюдения, которые или позволят найти "вимпы", или укажут, что "темная материя" имеет совершенно иную природу.