Анализ данных, полученных с высокочувствительного детектора, зафиксировавшего взаимодействие двух пучков частиц, не выявил признаков существования одного стерильного нейтрино. Это открытие ограничивает пространство для поиска Новой физики, в котором будут работать ученые.
Известно три разновидности нейтрино, характеризующиеся разными ароматами: мюонное, электронное и тау-нейтрино. Эти частицы способны изменять свой тип, и данный процесс получил название «нейтринные осцилляции». Стандартная модель физики элементарных частиц не способна объяснить подобные изменения. Согласно этой модели, нейтрино не должны обладать массой, однако ученые смогли доказать, что она есть.
Поскольку Стандартная модель не охватывает все явления, ученые продолжают исследования, стремясь выявить универсальные законы, управляющие Вселенной. К примеру, Нейтринная минимальная стандартная модель ( neutrino minimal standard model, νMSM) расширяет Стандартную модель, чтобы описывать превращения нейтрино между различными ароматами. В нее включены три крайне легких стерильных нейтрино, которые не взаимодействуют посредством слабого взаимодействия.
Нейтринная минимальная стандартная модель не способна полностью объяснить поведение нейтрино, наблюдаются аномалии остаются. По мнению физиков, существование четвертого стерильного нейтрино способно объяснить эти явления.
Группа ученых из разных стран сотрудничает над экспериментом MicroBooNE в Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми Министерства энергетики США, не смогла найти в экспериментальных данных доказательств существования четвертого стерильного нейтрино. Результаты научной работы опубликованы в журнале Nature.
В модели vMSM стерильные нейтрино вообще не взаимодействует с веществом, в отличие от мюонного, электронного и тау-нейтрино. Тем не менее, если они существуют, ученые должны быть в состоянии отследить их влияние.
Высокочувствительный детектор MicroBooNE расположен на пути двух разных пучков нейтрино в Фермилабе (США): Booster Neutrino Beam и NuMI. С 2015 по 2021 год ученые с помощью него наблюдали за поведением элементарных частиц. По словам физиков, собранные данные исключают объяснение нейтринных аномалий с помощью единственного стерильного нейтрино с достоверностью 95 процентов.
Уровень достоверности, достигнутый в физике элементарных частиц, позволяет исключить гипотезу об одном стерильном нейтрино, поскольку для подтверждения открытия потребовалась бы значительно большая уверенность. Хотя данная гипотеза и не опровергнута окончательно, она утратила статус приоритетного объяснения нейтринных аномалий. Этот вывод имеет важное значение и представляет интерес для физики элементарных частиц. Он не исключает объяснить аномалии системой из нескольких стерильных нейтрино.
«По мере того, как исключаются потенциальные области, где физика за пределами Стандартной модели могла бы существовать, исследователи получают возможность искать ее в других местах. Этот вывод будет стимулировать инновационные подходы в физике нейтрино, и сообществу предстоит разработать еще более захватывающие методы поиска новых физических явлений. В науке отсутствие результатов может быть столь же значимым, как и их обнаружение», — подчеркнул Джастин Эванс ( Justin Evans), профессор физики элементарных частиц из Манчестерского университета и представитель коллаборации MicroBooNE.