Андрей Макронович предлагает Вам запомнить сайт «Космос»
Вы хотите запомнить сайт «Космос»?
Да Нет
×
Прогноз погоды

Без Космоса нет будущего!

Поиск по блогу

Запомнить
Читать

О сайте

Академик: "новая физика" может начаться со стерильных нейтрино

развернуть
Академик: "новая физика" может начаться со стерильных нейтрино

Академик: "новая физика" может начаться со стерильных нейтрино
© Кристина Киссер‎ // Троицкинформ.москва

МОСКВА, 14 мая – РИА Новости. Академик Игорь Ткачев из Института ядерных исследований РАН в Троицке рассказал о том, как Россия может стать лидером в поисках неуловимых стерильных нейтрино, как с ними связана загадочная темная материя и почему он считает, что БАК вряд ли откроет "новую физику".

На этой неделе в НИЯУ МИФИ в Москве и Институте ядерных исследований в Троицке состоялась очередная встреча физиков ЦЕРН из коллаборации NA61, пытающихся раскрыть тайны устройства кварково-глюонной плазмы, аналога первичной материи Вселенной, и принципы взаимодействия между нейтрино, самыми неуловимыми частицами, и другими формами материи.

Направление исследований для многих из этих экспериментов, как рассказали участники встречи, были заложены еще несколько десятилетий назад силами советских и российских ученых в Троицке. Например, в начале 1990 годов отечественные физики начали измерения массы нейтрино и пришли к выводу, что она должна быть очень небольшой, получив лучшие в мире ограничения. Сегодня увеличенная копия российского детектора, получившая имя KATRIN, строится в Германии. Этот эксперимент позволит продвинуться в ограничениях еще на порядок, либо наконец измерить массу нейтрино.

Сам прибор, как пояснил академик Игорь Ткачев, сегодня получил вторую жизнь для поисков ответа на не менее важный и интересный вопрос – существует ли еще один вид нейтрино, помимо трех уже открытых частиц и античастиц такого рода. Эти частицы, так называемые "стерильные нейтрино", должны практически не взаимодействовать с другими формами материи и обладать необычно большой для известных нейтрино массой.

Он рассказал о первых результатах подобных поисков и объяснил, почему открытие этих частиц может стать "окном" в новую физику и может объяснить многие загадки Вселенной, в том числе и существование темной материи.

— Игорь Иванович, насколько вообще целесообразно и зачем нужно искать стерильное нейтрино?

— Мы знаем, что Стандартная модель физики не является полной – к примеру, существование темной материи и наличие массы у нейтрино выходят за ее пределы и не объясняются ей. Существует много моделей, способных объяснить оба этих факта, многие из которых являются очень сложными. Самая простая возможность — добавить стерильные (или правые) нейтрино в Стандартную модель.

Конечно, модель в которой возникает масса у нейтрино можно сделать и сложной, но в данном случае, как мне кажется, работает принцип бритвы Оккама – самые простые и красивые теоретические построения обычно оказываются самыми близкими к реальности. Кроме того, было бы странно, если бы масса нейтрино возникала не так, как у всех остальных частиц Стандартной модели, в результате взаимодействия их "правых" компонент с полем Хиггса.

Когда мы думали, что у нейтрино нет массы, было логичным считать, что у нейтрино этого правого партнера нет. Но теперь, когда мы знаем, что у нейтрино есть масса, есть основания думать об обратном. Вопрос теперь заключается в массе этих партнеров – если она окажется слишком большой, то тогда мы никогда не сможем найти стерильные нейтрино в лаборатории. Такую возможность исключить нельзя, но тогда у этой модели не будет и других интересных следствий, о которых пойдет речь ниже.

Академик: "новая физика" может начаться со стерильных нейтрино
© РИА Новости
Детектор нейтрино, на котором российские ученые будут искать четвертый тип этих частиц

Другие эксперименты, такие как Дайя-бэй и IceCube, "закрыли" область существования крайне легких стерильных нейтрино, не интересных для нас с космологической точки зрения. С другой стороны, если эта масса будет в примерно десять тысяч раз больше, чем у "обычных" нейтрино, т.е. около 1 кэВ, то тогда стерильные нейтрино могут составлять основу темной материи. Поиском таких нейтрино мы сейчас и начали заниматься.

— Как можно убедить публику в том, что это необходимо?

— Это же одна из самых фундаментальных проблем в настоящее время. У темной материи есть все шансы быть открытой в лаборатории, рано или поздно. Поэтому темную материю ищут десятки, если не сотни коллективов ученых уже несколько десятилетий. Эти поиски идут в самых разных направлениях – кто-то верит в тяжелые "вимпы" и пытается их найти, кому-то нравятся аксионы.

Стоимость каждого такого эксперимента на современном этапе находится на уровне 100 миллионов долларов, и никто не думает об их прекращении. Наш проект, по сравнению с такими детекторами, совсем ничего не стоит. Если нашу установку создавать сегодня, она обошлась бы где то в 5 миллионов долларов, и сами эксперименты гораздо дешевле, чем поиски других форм темной материи.

О чем это говорит? Более существенные вложения могли бы позволить нам достичь необходимого предела точности в наших измерениях и "зайти" в ту область, где мы ожидаем найти стерильные нейтрино, объясняющие существование темной материи, ее долю во Вселенной, ненулевую массу нейтрино и другие явления, выходящие за рамки Стандартной модели. Для этого нам нужно повысить чувствительность детектора на несколько порядков, и тогда мы выйдем в ту область, которая интересна и физикам, и космологам.

— Достижимо ли это с финансовой и технической точки зрения?

— Самая дорогостоящая часть нашей установки уже готова к подобной работе, на следующем этапе нам нужно заменить детекторы и электронику на более быстродействующие. Конечно, можно продолжать накапливать данные и на существующем оборудовании, но тогда нам придется прождать десятилетия, чтобы получить результат.

Сейчас мы планируем проводить параллельно и замеры, и обновление оборудования. Мы надеемся, что обновление железа и улучшение методик работы с ним позволит нам поднять чувствительность детектора как минимум на порядок, а может быть, и на два порядка, если это позволит сделать систематика.

Мы нашли новую жизнь для нашей установки и начали поиски стерильных нейтрино, однако нам быстро стало ясно, что подобные поиски в одиночестве продолжать невозможно и неправильно. Сейчас мы сотрудничаем с нашими немецкими коллегами из проекта KATRIN. В мае начнется новый сеанс работы, и к нам приедет большая делегация из Германии вместе с новой электроникой и детектором, которые будет установлены в конце сеанса.

Это позволит нам сравнить результаты наблюдений и понять насколько новая немецкая электроника лучше для нас. В этом заинтересованы и мы, и немецкие коллеги, чья установка пока не начала свою работу. Если все получится, дальше будем проводить совместный эксперимент здесь, в Троицке.

— Поможет ли открытие стерильных нейтрино в раскрытии фундаментальных свойств материи, в том числе и при анализе результатов экспериментов NA61?

— Для NA61 думаю, что нет. Но, с фундаментальной точки зрения, стерильные нейтрино чрезвычайно важны для определения того, в какую сторону и как будет расширяться Стандартная модель – можно пойти, условно говоря, направо, налево, вверх или вниз, или же просто дополнить нейтрино по аналогии с другими известными частицами. Какой из этих путей правильный – на сегодняшний день фундаментальный вопрос.

Соответственно, если мы найдем стерильные нейтрино, то тогда сразу станет ясно, в каком направлении двигаться. С другой стороны, даже если поиски закончатся неудачей, это тоже прояснит ситуацию – к примеру, если стерильные нейтрино не существуют в той области, которая связана с темной материей, то тогда мы будем знать, что она является какой-то другой сущностью за пределами Стандартной модели.

Академик: "новая физика" может начаться со стерильных нейтрино
© РИА Новости
Детектор нейтрино, на котором российские ученые будут искать четвертый тип этих частиц

— Недавно вы и ваши коллеги из МФТИ опубликовали статью о том, что темная материя может быть нестабильной и что заметная ее часть могла распасться. Будет ли означать открытие стерильных нейтрино то, что и эта теория верна?

— С одной стороны, об этом можно говорить в принципе, но с другой стороны, те стерильные нейтрино, которые мы ожидаем найти, в минимальном варианте не могут объяснить те аномалии в реликтовом излучении Вселенной, о которых мы говорили. Стерильные нейтрино по своей природе должны распадаться, превращаясь в активное нейтрино и фотон, однако эти распады будут происходить слишком редко – время жизни стерильных нейтрино превышает возраст Вселенной.

Для того, чтобы объяснить те аномалии, которые были зафиксированы в данных по реликтовому излучению Вселенной, нужно, чтобы распалось как минимум 5% темной материи, что невозможно в рамках простых представлений о свойствах стерильных нейтрино.

С другой стороны, реальность может быть более сложной, могут существовать еще какие то взаимодействия и частицы, и тогда частота распадов стерильных нейтрино будет другой. Сейчас я как раз работаю над подобными сценариями.

— В последние два года физики все чаще говорят о возможных намеках на "новую физику" в результатах экспериментов на БАК. На ваш взгляд, где и когда мы увидим первые реальные следы мира за пределами Стандартной модели?

— В ближайшие десять лет, как я считаю, вряд ли получится что-то обнаружить. Трудно быть оракулом, но я не думаю, что мы на самом деле близки к открытию "новой физики", если говорить об экспериментах на Большом адронном коллайдере.

С другой стороны, ситуация выглядит более оптимистичной, если говорить о стерильных нейтрино и аксионах. Я надеюсь — так как уверенно говорить здесь нельзя — что именно они станут тем проявлением "новой физики", которое нам удастся найти первым.

Для этого есть вполне логичные причины. Стерильные нейтрино являются естественными кандидатами на роль частиц темной. Почему? Нужно смотреть на естественные расширения Стандартной модели, необходимость которых вытекает из решения каких то других проблем, а не просто ради объяснения существования темной материи.

К примеру, если взять нейтрино, мы знаем, что они должны обладать массой, которую откуда-то нужно взять. Для этого мы вводим "правые" нейтрино и это добавление к теории к тому же объясняет, откуда берется темная материя. Аналогичной является ситуация с аксионами, другим кандидатом на роль "легкой" темной материи, тоже связанным с еще одним пробелом в Стандартной модели.

Аксионы уже достаточно давно, около 20 лет, планомерно пытаются найти в лабораториях, постепенно перебирая интересную для космологии и экспериментально доступную область значений их массы. С другой стороны, темную материю в форме стерильных нейтрино целенаправленно не искали, и у нас есть большие шансы продвинуться в этом направлении, на что нам понадобится как минимум 5-10 лет. Что именно является темной материей, мы пока не знаем, но, возможно, одновременно существуют и стерильные нейтрино и аксионы.

К сожалению, как показывает история бозона Хиггса, от теоретического предсказания до открытия может пройти до полувека. Открытие, конечно может быть неожиданным, но чаще всего появляются статистические флуктуации, такие как недавняя история с резонансом 750 ГэВ, которые выглядят как "новая физика", но на самом деле являются случайными совпадениями.

Облака часто складываются в узоры, в которых некоторые теоретики видят слонов. То же самое происходит с экспериментальными данными, и нам, скорее всего, придется долго ждать того момента, когда мы дойдем до реальных результатов.

Источник - РИА Новости .
Физики впервые увидели, как нейтрино сталкивается с ядром атома

Академик: "новая физика" может начаться со стерильных нейтрино
© Иллюстрация РИА Новости . Алина Полянина

МОСКВА, 3 авг – РИА Новости. Российские и зарубежные физики впервые смогли зафиксировать столкновения нейтрино с ядрами атомов, наблюдения за которыми подтвердили общепринятые теоретические выкладки об их поведении, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.

"Почему это открытие мы совершили только сегодня, а не 43 года назад? То, что происходит во время этого столкновения, почти невозможно заметить. В целом, его последствия можно сравнить с тем, что происходит с шаром для боулинга, когда по нему ударяет шарик от пинг-понга. Даниель Фридман, открывший это взаимодействие на уровне теории, писал, что редкая частота столкновений и шумы вряд ли позволят его увидеть", — рассказывает Хуан Коллар (Juan Collar) из университета Чикаго (США).

Коснуться признака

Нейтрино представляют собой мельчайшие элементарные частицы, которые "общаются" с окружающей материей только посредством гравитации и так называемых слабых взаимодействий, проявляющихся лишь на расстояниях, существенно меньше размеров ядра атома. В середине прошлого века ученые открыли три вида таких частиц — тау, мюонные и электронные нейтрино и их "злые близнецы"-антинейтрино.

Нейтрино, благодаря их малым размерам и необычным свойствам, фактически всегда пролетают сквозь любые формы материи – если взять брусок свинца длиной в световой год, что равно примерно 1,5 триллионов километров, и пропустить через него поток этих частиц, лишь половина из них не достигнет его конца. По этой причине нейтрино часто называют частицами-"призраками".

Тем не менее, столкновения нейтрино и атомов все же должны происходить – при определенных условиях, как выяснил известный американский физик Даниель Фридман еще в 1974 году, нейтрино будет взаимодействовать с ядром атома, одновременно обмениваясь со всеми его протонами и нейтронами так называемыми Z-бозонами, переносчиками импульса.

В результате этого нейтрино "отскочит" от ядра атома, а все ядро атома получит дополнительный импульс и начнет двигаться в противоположную сторону, подобно тому, что происходит со сталкивающимися бильярдными шарами.

Нейтрино, как выяснилось впоследствии, может сталкиваться с материей и иными путями, однако подобные "коллективные" взаимодействия всех нейтронов и протонов внутри ядер и одиночных нейтрино, как показывали расчеты Фридмана, должны происходить чаще всего. Несмотря на это, ученые безуспешно искали их более 40 лет.

Размер не имеет значения

Эта проблема была решена Колларом и его коллегами, в том числе российскими физиками из Института Курчатова, Института теоретической и экспериментальной физики РАН и ряда других научных организаций, благодаря неортодоксальному подходу к "поимке" нейтрино – они не стали увеличивать размеры детекторов, как обычно поступают ученые при наблюдениях за частицами-"призраками", а уменьшили его.

Как заметили ученые, повышение "кучности" и интенсивности источника нейтрино позволяет добиться заметно большей частоты столкновения частиц с атомами и увеличить вероятность обнаружения их следов по сравнению с увеличением габаритов и массы самого детектора.

Физики впервые увидели, как нейтрино сталкивается с ядром атома
© Фото : ORNL/US DOE/Genevieve Martin
Профессор Юрий Ефременко прикасается к фотодетектору, аналог которого увидел столкновение нейтрино и ядра атома

Другим секретом успеха российских и американских физиков стало то, что они не стали использовать ядра тяжелых элементов, традиционно лучше взаимодействующие с нейтрино, а относительно легкий цезий, за колебаниями ядра которого было проще наблюдать. Благодаря этому Коллар и другие участники коллаборации COHERENT смогли уменьшить детектор до почти "карманных" размеров и решили загадку почти полувековой давности.

Собрав несколько десятков таких детекторов, ученые разместили их в коридоре рядом с источником нейтронов в Национальной лаборатории Оак-Ридж, построенной в штате Теннесси в разгар второй мировой войны для создания атомной бомбы. Этот коридор, как отмечают Коллар и его коллеги, экранирован многометровым слоем бетона и гальки, благодаря чему он не пропускает нейтроны из реактора, но не препятствует движению рекордно плотного потока нейтрино, рождающихся в этой установке.

Наблюдая за свечением кристаллов, внутри которых находились атомы цезия, на протяжении 15 месяцев, физикам удалось доказать, что эти вспышки света возникали в результате столкновения пучков нейтрино с ядрами металла и передачи части кинетической энергии "частиц-призраков" неподвижному цезию.

Эти столкновения, как отмечают исследователи, в целом происходили так, как предсказывает Стандартная модель. С другой стороны, Коллар и его коллеги считают, что дальнейшие наблюдения за подобными столкновениями все же могут вывести ученых на следы "новой физики", а также позволят понять, какую роль нейтрино играют в рождении сверхновых и других катастрофических событий в космосе.

Источник - РИА Новости
.

Ключевые слова: Электроника
Опубликовано 04.08.2017 в 07:27

Комментарии

Показать предыдущие комментарии (показано %s из %s)
Показать новые комментарии
Комментарии Facebook
Блог
«Величайший геофизический эксперимент, проводившийся человеком»
23 июн, 08:55
0 0
"Волчья стая": Как смерть охотилась на экипаж "Бурана"
14 июн, 06:16
+10 5
«ПЕРВАЯ КОСМИЧЕСКАЯ НАЦИЯ» ХОЧЕТ РАЗВИВАТЬСЯ ВНЕ ПРАВОВОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ
12 июн, 18:05
+2 5
«Росэлектроника» создала «невидимый» комплекс для охраны особо важных объектов
10 июн, 10:31
+3 0

Последние комментарии

Игорь Сабуров
Лариса Михайлова
Эдуард Тихомиров
Некто ВК
Некто ВК
Иван-Павел Белл
Василиса Микулишна
Юрий В Радюшин
Юрий В Радюшин
Иван-Павел Белл
гуд бай, америка!
Иван-Павел Белл Россия прощается с Америкой. Навсегда?
Эдуард Александров
Некто ВК
Воробей
Некто ВК
Некто ВК
В. Болотов
христиановский всеволод
это в адрес "Некто ВК"!!
христиановский всеволод Всемирный потоп все-таки был. Доказательства - на современных картах
христиановский всеволод
александр лисяков
Den
Воробей
Андрей
Некто ВК
Воробей
Некто ВК
Александр Быков
Александр Быков
Воробей
Эди-Сон ХХХ
Воробей
Святой отец
Дмитрий Самойленко
Ильдар Давлятов
Владимир Дмитриев
Геннадий Шиян
Некто ВК
Михаил Цыбулин
Завтра нас смоет...
Михаил Цыбулин Всемирный потоп все-таки был. Доказательства - на современных картах
христиановский всеволод
христиановский всеволод
геннадий
Некто ВК
*
Некто ВК Всемирный потоп все-таки был. Доказательства - на современных картах
Некто ВК
Rivalto Hover
Некто ВК
Алексей АК
Наталия Шнитникова
Сергей Шокотько
Интересная информация.
Сергей Шокотько Всемирный потоп все-таки был. Доказательства - на современных картах
Набокин Александр
Дмитрий Самойленко
Сергей Иванов