Ученые сталкиваются со значительными трудностями в изучении нейтрино — элементарных частиц, не обладающих электрическим зарядом. За прояснение одной из этих проблем, а именно объяснение дефицита солнечных нейтрино, в 2015 году была присуждена Нобелевская премия по физике. В тот период исследователи подтвердили существование нейтринных осцилляций, подразумевающих изменение одного типа нейтрино на другой. В процессе поиска ответа на этот вопрос астрофизики…

Ученые сталкиваются со значительными трудностями в изучении нейтрино — элементарных частиц, не обладающих электрическим зарядом. За прояснение одной из этих проблем, а именно объяснение дефицита солнечных нейтрино, в 2015 году была присуждена Нобелевская премия по физике. Тогда исследователи подтвердили существование нейтринных осцилляций, подразумевающих изменение одного типа нейтрино на другой. В процессе поиска ответа на этот вопрос астрофизики столкнулись с галлиевой аномалией.

В ходе экспериментов, когда ученые подвергали ядра галлия воздействию потока электронных нейтрино, взаимодействие с нейтронами оказалось на 20 процентов ниже ожидаемого согласно теоретическим расчетам. На протяжении длительного периода времени исследователи стремились найти объяснение этому явлению, предполагая трансформацию электронных нейтрино в стерильные частицы.

Данная гипотетическая частица принадлежит к семейству нейтрино, однако должна взаимодействовать исключительно посредством гравитации, в то время как обычные нейтрино участвуют в гравитационном и слабом взаимодействиях. Для объяснения явлений, выходящих за пределы Стандартной модели, ученым потребовались стерильные нейтрино.

Исследователи много раз пробовали, но пока не смогли подтвердитьЭкспериментальные данные подтверждали возможность существования стерильных нейтрино. Маттео Кадедду, ведущий автор научной работы ( Matteo Cadeddu), который ранее занимался изучением галлиевой аномалии и называл это своим «личным увлечением», приостановил эту работу на несколько лет, чтобы затем вернуться к ней с совершенно новых позиций.

Научная группа Кадедду, состоящая из опытных физиков и студентов, отказалась от подхода, при котором взаимодействие ядра галлия и нейтрино рассматривалось как независимые процессы, не учитывающие генерируемый в результате столкновения электрон. Кроме того, для проведения расчетов они заменили уравнение Шредингера на уравнение Дирака, которое включает принципы специальной теории относительности.

В рамках новой теоретической модели физикам удалось найти объяснение аномалии, наблюдаемой при изучении галлия. Результаты их работы были опубликованы в научной статье опубликована в журнале Physical Review Letters.

По результатам исследований выяснилось, что для корректного анализа необходимо учитывать взаимосвязь между процессами, затрагивающими электронную структуру атома, и превращением ядра галлия-71 в германий-71, рассматривая их как неразрывно связанные аспекты расчетов. Специалисты отметили, что данный подход представляет собой существенный пересмотр принципов анализа целого ряда слабых ядерных взаимодействий, поскольку «информация, обычно закодированная в одном ядерном матричном элементе, может оказаться значимой».

Проведенные физиками расчеты позволили воспроизвести экспериментально зафиксированное количество событий взаимодействия нейтрино с ядром галлия. Они полагают, что это позволяет отказаться от гипотезы о существовании стерильных нейтрино и планируют обсудить полученные результаты со своими коллегами.