В Стандартной модели нейтрино считаются частицами, не обладающими массой. Однако, данные экспериментов и наблюдения указывают на то, что нейтрино всё же имеют массу. В новой работе физики представили объяснение этого явления, которое исключает его связь со скрытым сектором физики и темной материей.
Нейтрино — это элементарные частицы, обладающие крайне малой массой, полуцелым спином и не имеющие электрического заряда. Взаимодействие нейтрино с веществом происходит очень слабо и возможно только посредством гравитации и слабого ядерного взаимодействия. Из-за этого отлов и изучение нейтрино представляет собой технически сложную задачу.
«Стандартная модель предсказывает отсутствие массы у нейтрино, однако результаты экспериментов указывают на наличие у них незначительной массы. Это явление объясняется нейтринными осцилляциями. Учитывая крайне малый размер масс нейтрино, их происхождение, вероятно, связано с физическими процессами, выходящими за рамки Стандартной модели, и, возможно, не определяется механизмом Хиггса, который отвечает за массу других известных частиц ( Luca Visinelli).
Ученые до сих пор не имеют четкого объяснения, почему нейтрино обладают массой. Одна из предлагаемых гипотез предполагает, что она появляется при взаимодействии со скрытым сектором физики. В нем работают поля и силы, связанные с темной материей и темной энергией.
Эта гипотеза была проверена международной группой ученых. Для этого они сопоставили результаты моделирования с данными, полученными в ходе эксперимента, проведенного на Жидкосцинтилляционном антинейтринном детекторе в Камиоке ( KamLAND). По имеющимся на сегодняшний день данным, ученые не могут установить, что масса нейтрино обусловлена взаимодействием со скрытым сектором физики. Результаты анализа опубликованы в журнале Physical Review Letters.
«Для проверки была создана модель, в которой нейтрино приобретают массу благодаря взаимодействию с новыми частицами скрытого сектора. В рамках рассмотренного сценария темная материя состоит из легких бозонных полей, которые действуют как когерентные волны, осциллирующие во времени с частотой, зависящей от массы бозона, — по словам Визинелли.
При создании своей модели авторы учли пространственную неоднородность поля темной материи, что позволило учесть влияние места расположения источников и детекторов нейтрино, а также движения Земли в Галактике. Корректировки заставили ученых изменить стандартные вероятности нейтринных осцилляций — преобразования частиц в свои античастицы или в нейтрино другого типа. С учетом всех изменений модель не позволила повторить экспериментальные данные с нужной точностью.
По мере поступления новых экспериментальных данных исследовательская группа намерена уточнять и расширять свою модель взаимодействия нейтрино со скрытым сектором. Поскольку масса нейтрино остается неопределенной, разработанная модель может оказаться полезной для ученых при проверке новых теорий в будущем. Физики работают над применением результатов этой работы к другим квантовым системам — атомным часам и магнитометрам высокой точности. Они могут оказаться чувствительными к не ставшим причиной массы фундаментальной частицы осцилляциям, вызываемым легкой бозонной темной материей.
По мнению авторов исследования, понимание происхождения массы нейтрино требует углубленного изучения физики элементарных частиц. Недавняя работа позволила ограничить перечень возможных процессов, которые необходимо учитывать при поиске источника массы нейтрино. Ученые предложили научному сообществу новую теоретическую основу и платформу для анализа данных, связанных с этой элементарной частицей.