В эксперименте NOvA получены новые данные о вкладе нейтрино разных ароматов в массовое состояние.

В докладе на только что закончившейся в Чикаго международной Конференции по Физике высоких энергий (ICHEP) исследователи из коллаборации NOvA сообщили, что третье массовое состояние нейтрино может содержать неодинаковые доли мюонных и тау нейтрино. Причем с одинаковой вероятностью преобладать могут как первые, так и вторые.

География эксперимента NOvA

Иллюстрация массовых состояний как смеси ароматных состояний: мюонного (желтый цвет), тау-нейтринного (голубой цвет) и электронного (зеленый цвет). Показан случай, когда третье состояние содержит одинаковые доли мюонных и тау нейтрино

Результаты измерения, так называемого, угла смешивания мюонного и тау нейтрино – величины необходимой для описания их осцилляций. Видно, что данные NOvA 2016 года (черные линии) показывают наличие двух возможных областей значений параметра с доминирование

Физики называют этот эффект «немаксимальное смешивание». Возможно, этот результат позволит приблизиться к пониманию формирования масс нейтрино. В работе приняли участие Российские физики из Института ядерных исследований РАН, Физического института имени П.Н. Лебедева РАН и Объединенного института ядерных исследований (Дубна).

Согласно современным представлениям, существует три сорта или аромата нейтрино и антинейтрино — электронные, мюонные и тау-нейтрино. Результаты экспериментов привели исследователей к выводу, что во время полета ароматы нейтрино могут превращаться друг в друга – осциллировать.

В частности, об этом свидетельствует то, что количество регистрируемых солнечных электронных нейтрино примерно в 2-3 раза меньше, чем предсказывают модели ядерных реакций на Солнце. Важнейшее следствие осцилляций нейтрино – наличие у них масс. За открытие этого явления в 2015 году присуждена Нобелевская премия по физике.

Несмотря на это, у физиков остается еще много вопросов. Например, физики все еще не знают не только величину масс нейтрино, но и как эти массы возникает. В соответствии с теорией нейтринных осцилляций электронное, мюонное и тау-нейтрино представляют собой квантовую сумму трех нейтринных состояний с разными массами, каждое из которых входит со своей долей. Этот сложный и до конца не понятый процесс физики называют смешиванием. Для массовых состояний названий пока не придумано, их называют просто ν₁, ν₂, ν₃. Чем лучше мы понимаем, как связаны массовые и ароматные состояния нейтрино, тем больше мы будем знать о них, и сможем предсказывать их осцилляции.

Ароматы и массовые состояния – два эквивалентных способа описания нейтрино. Поэтому можно наоборот полагать, что каждое массовое состояние представляет собой сумму трех ароматных состояний, как это сделано в данной работе. В этом случае, скажем, третье массовое состояние ν₃ есть смесь электронного, мюонного и тау-нейтринного состояний. Воспользовавшись принятой в квантовой механике волновой интерпретацией, можно сказать, что массовое состояние образуется сложением трех «ароматных» волн, каждая из которых колеблется со своей частотой и амплитудой. 

Эксперимент еще не набрал достаточно данных, чтобы однозначно говорить об открытии немаксимального смешивания. Пока получена только шестая часть запланированных данных. Коллаборация NovA еще продолжит набор статистики в течении следующих нескольких лет.

Эксперимент  NOvA в Национальной ускорительной лаборатории им. Ферми (Fermilab, США) набирает данные об осцилляции нейтрино, начиная с февраля 2014 года. В эксперименте используется самый мощный в мире пучок нейтрино, генерируемый в Фермилабе, который проходит сквозь землю расстояние 810 км до дальнего детектора, расположенного  на севере штата Миннесота. Полученный результат сравнивается с тем, который зарегистрировал детектор в Фермилаб (ближний детектор). По тому, как изменился «ароматный» состав пучка после прохождения этих 810 км, определяют параметры осцилляций.

По материалам пресс-релиза Института ядерных исследований РАН