Въпреки че неутриното е една от най-разпространените частици във Вселената, то остава и една от най-загадъчните такива.

Ново изследване, което обедини данни от два от най-големите експеримента в САЩ и Япония, предостави най-точните досега сведения за свойствата на неутриното. И доближи учените до отговори на някои от най-фундаменталните въпроси във физиката.

Неутриното се ражда в най-енергичните региони на Космоса, в ядрото на Слънцето или във вътрешността на експлодиращи звезди.

То съществува в три различни тип, които могат спонтанно да преминават от един в друг по време на движение — процес, известен като осцилация на неутриното.

Като елементарна частица, неутриното не се състои от по-малки частици.

То е един от основните градивни елементи на материята.

За разлика от протоните и електроните, неутриното няма електрически заряд.

Разбирането на неговата природа е от изключителна важност за съвременната физика, тъй като може да се окаже ключът към тайната на тъмната материя, тъмната енергия и механизмите в сърцата на свръхновите.

Американският експеримент NOvA и японският T2K имат обща цел – да изследват осцилациите на неутриното, но използват различни подходи.

В рамките на NOvA учените насочват подземен сноп неутрино на разстояние около 810 километра – от Националната ускорителна лаборатория „Ферми“ край Чикаго до детектор в Аш Ривър, щата Минесота.

В експеримента T2K пък неутриното преминава 295 километра през земната кора – от крайбрежния град Токай до прочутия подземен детектор в Камиока.

И двата проекта изследват едно и също явление, но използват различна енергия на частиците, различни разстояния и различен тип детектори.

Нови резултати и рекордна точност

Обединявайки почти десет години наблюдения, изследователите постигат значителен напредък в разбирането на неутриното.

Една от най-големите нерешени загадки остава масата на неутриното. Експертите все още не знаят точните маси на трите му типа – нито кой от тях е най-лекият.

В новото изследване обаче е измерена изключително малката разлика в масата между два от типовете неутрино с безпрецедентна точност – грешката е под 2%.

Това е едно от най-прецизните измервания, правени някога в тази област.

Материя срещу антиматерия

И двата експеримента изследват и дали процесът на осцилация протича по един и същ начин при неутрино и при антинейтрино.

„Този въпрос е изключително важен, защото може да помогне да разберем защо Вселената се състои предимно от материя, а не от антиматерия“, обясняват учените.

Следващата стъпка: ново поколение експерименти

Отговорите на подобни фундаментални въпроси изискват изключителна точност и статистическа достоверност.

Вече се подготвят няколко нови мегапроекта:

• DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment), който се строи в Илинойс и Южна Дакота под ръководството на Fermilab;
• Hyper-Kamiokande в японската префектура Гифу;
• китайският JUNO;
• както и неутрино-телескопите KM3NeT на дъното на Средиземно море и IceCube в Антарктида.

Неутриното – свидетел на звездните катастрофи

Предишни изследвания вече показаха, че по време на сливане на неутронни звезди неутриното играе ключова роля.

То може да променя своя тип в процеса, като влияе не само върху самото сливане, но и върху видовете химични елементи, които се раждат в тези катастрофи, и върху сигналите, достигащи до Земята.

И макар неутриното да остава почти неуловимо, всяка нова стъпка в неговото изследване приближава учените до по-дълбоко разбиране за това как е устроена и защо съществува нашата Вселена.