Нобелівська премія за осциляції нейтрино: що це і чому це важливо?

Нобелівський премію з фізики в 2015 році отримали Такаакі Кадзита і Артур Макдональд за виявлення осциляції нейтрино, яка показує, що нейтрино володіє масою. Що це означає і чому це важливо?

Дві дослідницькі групи - «Супер-Каміоканде» під керівництвом Такаакі Кадзіти і Нейтринна обсерваторія в Садбері (Канада) під керівництвом Артура Макдональда - незалежно один від одного відкрили явища осциляції нейтрино. Це процес, в ході якого елементарні частинки нейтрино переходять з одного стану в інший, Так як нейтрино бувають трьох різновидів - електронні, мюонні і таонні - то саме між цими різновидами і відбуваються перетворення. Наслідком такого процесу є те, що нейтрино повинні володіти масою, що порушує Стандартну модель фізики елементарних частинок, тобто сукупність припущень і тверджень про фізику частинок, яка до цього відкриття вважалася вичерпною. З відкриттям того, що нейтрино володіють масою все змінилося. До того ж, тепер нейтрино, частинку, яка раніше вважалася практично невловимою, можна відстежити і зловити, а значить, досліджувати її досі невідомі науці особливості.

Коли нейтрино подорожують крізь космос, квантово-механічні флуктуації змінюють їхні стани, з електронного на мюонне або таонне. Група Кадзіти простежила, як відбувається осциляцію атмосферних нейтрино, а група Макдональда з'ясувала, що нейтрино, що летять від Сонця, не зникають на підльоті до Землі, а просто змінюють свої статки. Обидві обсерваторії є масивними підземними резервуарами з водою, екранованими від впливу більш звичних взаємодій елементарних частинок.

Чому це важливо? Звернемося до прес-релізу самого Нобелівського комітету: відкриття вчених "вирішило головоломку нейтрино, яка спантеличувала фізиків протягом десятиліть. У порівнянні з теоретичними підрахунками кількості нейтрино в реальних замірах, вироблених на Землі, не вистачало близько двох третин частинок. Тепер же ці два експерименти показали, що нейтрино не зникають, а просто змінюють стану. В результаті, відкриття призвело до далекосяжних висновків про те, що нейтрино, які довго вважалися часткою без маси, все-таки їй володіють, нехай і дуже невеликий.

Це було історичне відкриття в області фізики елементарних частинок. Її Стандартна модель внутрішньої роботи матерії була неймовірно успішна, понад двадцять років опираючись усім експериментам, що кидають їй виклик. Тим не менш, з відкриттям маси нейтрино можна з упевненістю сказати, що Стандартна модель не може бути теорією, яка повністю охоплює фундаментальні складові Всесвіту.

Після фотонів, нейтрино - це найчисленніше елементарні частинки в усьому космосі. Вони постійно бомбардують Землю, і відкриття, нагороджене цього року Нобелівською премією, дає ключове розуміння функціонування їхнього світу, прихованого від нас. Тепер експерименти можуть продовжуватися, щоб зловити нейтрино і досліджувати властивості цієї здавалася невловимої частинки. Нові відкриття її секретів змінять наше розуміння про історію, структуру і майбутню долю всього Всесвіту ".