«Новая физика» может начаться со стерильных нейтрино
РИА Новости. Академик Игорь Ткачев из Университета ядерных изучений РАН в Троицке поведал о том, как Российская Федерация может стать фаворитом в отыскивании неуловимых стерильных нейтрино, как с ними связана таинственная чёрная материя и из-за чего он уверен в том, что БАК вряд ли откроет «новую физику».
Академик Ткачев на церемонии Человек года-2016 в Троицке
© Кристина Киссер? // Троицкинформ.москва
На этой неделе в НИЯУ МИФИ в Институте и Москве ядерных изучений в Троицке состоялась очередная встреча физиков ЦЕРН из коллаборации NA61, пробующих раскрыть тайны устройства кварково-глюонной плазмы, аналога первичной материи Вселенной, и правила сотрудничества между нейтрино, самыми неуловимыми частицами, и вторыми формами материи.
Направление изучений для многих из этих опытов, как поведали участники встречи, были заложены еще пара десятилетий назад силами советских и русских ученых в Троицке. К примеру, в начале 1990 годов отечественные физики начали измерения массы нейтрино и заключили , что она должна быть небольшой, взяв лучшие в мире ограничения.
Сейчас увеличенная копия русского детектора, взявшая имя KATRIN, строится в Германии. Данный опыт разрешит продвинуться в ограничениях еще на порядок, или наконец измерить массу нейтрино.
Сам прибор, как пояснил академик Игорь Ткачев, сейчас взял вторую жизнь для поисков ответа на не меньше серьёзный и занимательный вопрос – существует ли еще один вид нейтрино, кроме трех уже античастиц и открытых частиц для того чтобы рода. Эти частицы, так именуемые «стерильные нейтрино», должны фактически не взаимодействовать с вторыми формами материи и владеть необычно большой для известных нейтрино массой.
Он поведал о первых итогах аналогичных поисков и растолковал, из-за чего открытие этих частиц может стать «окном» в новую физику и может растолковать многие загадки Вселенной, а также и существование чёрной материи.
— Игорь Иванович, как по большому счету целесообразно и для чего необходимо искать стерильное нейтрино?
— Мы знаем, что Стандартная модель физики не есть полной – на пример, существование чёрной материи и наличие массы у нейтрино выходят за ее пределы и не разъясняются ей. Существует большое количество моделей, способных объяснить оба этих факта, многие из которых являются сверхсложными.
Самая несложная возможность — добавить стерильные (либо правые) нейтрино в Стандартную модель.
Само собой разумеется, модель в которой появляется масса у нейтрино возможно сделать и сложной, но в этом случае, как мне думается, трудится принцип бритвы Оккама – самые простые и прекрасные теоретические построения в большинстве случаев выясняются самыми родными к действительности. Помимо этого, было бы необычно, если бы масса нейтрино появлялась не так, как у всех остальных частиц Стандартной модели, в результате сотрудничества их «правых» компонент с полем Хиггса.
В то время, когда мы пологали, что у нейтрино нет массы, было логичным вычислять, что у нейтрино этого правого партнера нет. Но сейчас, в то время, когда мы знаем, что у нейтрино имеется масса, имеется основания думать об обратном.
Вопрос сейчас содержится в массе этих партнеров – если она окажется через чур большой, то тогда мы ни при каких обстоятельствах не сможем отыскать стерильные нейтрино в лаборатории. Такую возможность исключить запрещено, но тогда у данной модели не будет и вторых увлекательных следствий, о которых отправится обращение ниже.
Другие опыты, такие как Дайя-бэй и IceCube, «закрыли» область существования очень легких стерильных нейтрино, не занимательных для нас с космологической точки зрения. Иначе, в случае если эта масса будет в приблизительно десять тысяч раза больше, чем у «простых» нейтрино, т.е. около 1 кэВ, то тогда стерильные нейтрино смогут составлять базу чёрной материи.
Поиском таких нейтрино мы на данный момент и начали заниматься.
— Как возможно убедить публику в том, что это нужно?
— Это же одна из самых фундаментальных неприятностей в настоящее время. У чёрной материи имеется все шансы быть открытой в лаборатории, рано либо поздно. Исходя из этого темну
ю материю ищут десятки, если не много коллективов ученых уже много лет. Эти поиски идут в самых различных направлениях – кто-то верит в тяжелые «вимпы» и пробует их отыскать, кому-то нравятся аксионы.
Цена каждого для того чтобы опыта на современном этапе находится на уровне 100 миллионов американских долларов, и никто не думает об их прекращении. Отечественный проект, по сравнению с такими детекторами, совсем ничего не стоит.
В случае если отечественную установку создавать сейчас, она обошлась бы где то в 5 миллионов американских долларов, и сами опыты значительно дешевле, чем поиски вторых форм чёрной материи.
О чем это говорит? Более значительные вложения имели возможность бы разрешить нам достигнуть нужного предела точности в отечественных измерениях и «зайти» в ту область, где мы ожидаем отыскать стерильные нейтрино, растолковывающие существование чёрной материи, ее долю во Вселенной, ненулевую массу нейтрино и другие явления, выходящие за рамки Стандартной модели.
Для этого нам необходимо повысить чувствительность детектора на пара порядков, и тогда мы выйдем в ту область, которая занимательна и физикам, и космологам.
— Достижимо ли это с денежной и технической точки зрения?
— Самая дорогостоящая часть отечественной установки уже готова к аналогичной работе, на следующем этапе нам необходимо заменить детекторы и электронику на более быстродействующие. Само собой разумеется, возможно накапливать эти и на существующем оборудовании, но тогда нам нужно будет прождать десятилетия, для получения результата.
на данный момент мы планируем проводить параллельно и замеры, и обновление оборудования. Мы сохраняем надежду, что улучшение методик и обновление железа работы с ним разрешит нам поднять чувствительность детектора как минимум на порядок, а возможно, и на два порядка, в случае если это разрешит сделать систематика.
Мы нашли новую судьбу для отечественной установки и начали поиски стерильных нейтрино, но нам скоро стало ясно, что подобные поиски в одиночестве продолжать нереально и неправильно. на данный момент мы сотрудничаем с отечественными германскими сотрудниками из проекта KATRIN. В мае начнется новый сеанс работы, и к нам приедет громадная делегация из Германии вместе с детектором и новой электроникой, каковые будет установлены в финише сеанса.
Это разрешит нам сравнить результаты наблюдений и осознать как новая германская электроника лучше для нас. В этом заинтересованы и мы, и германские сотрудники, чья установка пока не начала собственную работу.
В случае если все окажется, дальше будем проводить совместный опыт тут, в Троицке.
— Окажет помощь ли открытие стерильных нейтрино в раскрытии основных особенностей материи, а также и при анализе экспериментальных результатов NA61?
— Для NA61 пологаю, что нет. Но, с фундаментальной точки зрения, стерильные нейтрино очень ответственны для определения того, в какую сторону и как будет расширяться Стандартная модель – возможно пойти, условно говоря, направо, налево, вверх либо вниз, либо же нейтрино по аналогии с вторыми известными частицами.
Какой из этих дорог верный – на сегодняшний сутки фундаментальный вопрос.
Соответственно, в случае если мы отыщем стерильные нейтрино, то тогда сходу станет светло, в каком направлении двигаться. Иначе, даже в том случае, если поиски закончатся неудачей, это также прояснит обстановку – на пример, в случае если стерильные нейтрино не существуют в той области, которая связана с чёрной материей, то тогда мы будем знать, что она есть какой-то второй сущностью за пределами Стандартной модели.
— Сравнительно не так давно вы и ваши коллеги из МФТИ разместили статью о том, что чёрная материя возможно нестабильной и что заметная ее часть имела возможность распасться. Будет ли означать открытие стерильных нейтрино то, что и эта теория верна?
— С одной стороны, об этом возможно сказать в принципе, но иначе, те стерильные нейтрино, каковые мы ожидаем отыскать, в минимальном варианте не смогут растолковать те странности в реликтовом излучении Вселенной, о которых мы говорили. Стерильные нейтрино по собственной природе должны распадаться, преобразовываясь в активное нейтрино и фотон, но эти распады будут происходить через чур редко – время судьбы стерильных нейтрино превышает возраст Вселенной.
Чтобы растолковать те странности, каковые были зафиксированы в данных по реликтовому излучению Вселенной, необходимо, дабы распалось как минимум 5% чёрной материи, что нереально в рамках несложных представлений о особенностях стерильных нейтрино.
Иначе, действительность возможно более сложной, смогут существовать еще какие конкретно то частицы и взаимодействия, и тогда частота распадов стерильных нейтрино будет второй. на данный момент я как раз тружусь над подобными сценариями.
— В последние два года физики все чаще говорят о вероятных намеках на «новую физику» в итогах опытов на БАК. На ваш взор, где и в то время, когда мы заметим первые настоящие следы мира за пределами Стандартной модели?
— В ближайшие десять лет, как я считаю, вряд ли окажется что-то найти. Тяжело быть оракулом, но я не пологаю, что мы на самом деле близки к открытию «новой физики», в случае если сказать об опытах на Громадном адронном коллайдере.
Иначе, обстановка выглядит более оптимистичной, в случае если сказать о стерильных нейтрино и аксионах. Я сохраняю надежду — так как с уверенностью сказать тут запрещено — что именно они станут тем проявлением «новой физики», которое нам удастся отыскать первым.
Для этого имеется в полной мере логичные обстоятельства. Стерильные нейтрино являются естественными кандидатами на роль частиц чёрной.
Из-за чего? Необходимо наблюдать на естественные расширения Стандартной модели, необходимость которых вытекает из ответа каких то вторых неприятностей, а не просто для объяснения существования чёрной материи.
К примеру, в случае если забрать нейтрино, мы знаем, что они должны владеть массой, которую откуда-то необходимо забрать. Для этого мы вводим «правые» нейтрино и это добавление к теории к тому же растолковывает, откуда берется чёрная материя.
Подобной есть обстановка с аксионами, вторым кандидатом на роль «легкой» чёрной материи, также связанным с еще одним пробелом в Стандартной модели.
Аксионы уже давно, около 20 лет, планомерно пробуют отыскать в лабораториях, неспешно выбирая увлекательную для космологии и экспериментально дешёвую область значений их массы. Иначе, чёрную материю в форме стерильных нейтрино целенаправленно не искали, и у нас имеется громадные шансы продвинуться в этом направлении, на что нам пригодится как минимум 5-10 лет.
Что именно есть чёрной материей, мы пока не знаем, но, быть может, в один момент существуют и стерильные нейтрино и аксионы.
К сожалению, как показывает история бозона Хиггса, от теоретического предсказания до открытия может пройти до полувека. Открытие, само собой разумеется возможно неожиданным, но значительно чаще появляются статистические флуктуации, такие как недавняя история с резонансом 750 ГэВ, каковые выглядят как «новая физика», но в действительности являются случайными совпадениями.
Облака довольно часто складываются в узоры, в которых кое-какие теоретики видят слонов. То же самое происходит с экспериментальными данными, и нам, вероятнее, придется продолжительно ожидать того момента, в то время, когда мы дойдем до настоящих результатов.
Источник: РИА Новости
Лептоны и нейтрино — Дмитрий Казаков
