Физики из проекта OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus - проект по изучению нейтринных осцилляций, использующий анализ эмульсионных пленок) впервые получили прямые экспериментальные доказательства того, что мюонные нейтрино способны превращаться в тау-нейтрино. Пока работа не опубликована в научном рецензируемом журнале. Пресс-релиз (pdf) с описанием подробностей эксперимента можно найти на сайте проекта.
Нейтрино - это нейтральные элементарные частицы, которые очень слабо взаимодействуют с веществом. Они рождаются в результате определенных типов ядерных распадов и делятся на три типа - электронные, мюонные и тау-нейтрино. В физике давно существовала гипотеза о том, что различные типы нейтрино способны превращаться друг в друга, и этот факт был подтвержден множеством данных, однако напрямую наблюдать этот процесс ученым не удавалось.
Для получения этих доказательств был организован эксперимент OPERA. Задействованные в этом эксперименте специалисты изучают мюонные нейтрино, которые производятся на суперпротонном синхротроне Европейского центра ядерных исследований (CERN), который находится в 730 километрах от штаб-квартиры OPERA - национальной лаборатории Гран-Сассо в Италии. Высокоэнергетические нейтрино улавливаются установленными в Гран-Сассо детекторами, состоящими из 150 тысяч "кирпичиков", в которых свинцовые листы переложены листами эмульсионной пленки.
Ядро свинца может поглощать мюонные нейтрино, и этот процесс сопровождается испусканием мюона - еще одной элементарной частицы. Вылет мюона оставляет четкий след внутри "кирпичика". Однако в том случае если мюонное нейтрино превратится в тау-нейтрино, то последствия встречи с ядром свинца будут иными - их взаимодействие сопроводится вылетом тау-лептона, который быстро распадается на другие частицы. Соответственно, оставшийся след в этом случае будет отличен от следа встречи ядра свинца и мюонного нейтрино.
Физики из проекта OPERA начали свои эксперименты семь лет назад, а первое мюонное нейтрино было "поймано" в 2006 году. К настоящему моменту исследователи проанализировали только треть данных, полученных с 2008 года. Из шести тысяч попавших на детекторы мюонных нейтрино один превратился в тау-нейтрино. Вероятность того, что зарегистрированное событие - это именно нейтринная осцилляция, ученые оценивают в 98 процентов.
Непосредственное подтверждение того, что разные типы нейтрино могут превращаться друг в друга, очень важно для разработки фундаментальных теорий физических взаимодействий. В дальнейшем специалисты OPERA намерены продолжить работу для того, чтобы обнаружить больше примеров нейтринных осцилляций и определить, соответствует ли частота этих событий теоретическим предсказаниям.