Нейтрино - найлегші і невловимі з усіх відомих субатомних частинок. Вони набагато легше, ніж електрони. І можуть проникати крізь звичайну матерію, немов її зовсім не існує. Кожну секунду через Ваше тіло проходить близько ста трильйонів нейтрино. І більшість з них проходять крізь Землю без будь-яких шансів бути зупиненими. Ці примарні частинки дуже важко піддаються вивченню.
Проте фізики домоглися певного прогресу в цьому питанні. Сьогодні вони знають, що існує 3 типи нейтрино: електронне нейтрино, мюонне нейтрино і тау-нейтрино. Вчені також виявили, що під час своєї подорожі нейтрино може змінювати свою ідентичність. Тобто швидко перемикатися між трьома різними типами. Наприклад, ця дивна частинка може народитися як електронне нейтрино. Але в кінцевому підсумку фіксується як мюонне або навпаки. Цей процес, унікальний для субатомного світу, відомий як осциляція нейтрино.
Стерильне нейтрино
Однак деякі експерименти показали, що нейтринні осциляції відбуваються не так, як очікували дослідники. Перший з цих експериментів, названий детектором нейтрино з рідким сцинтилятором, або LSND, дослідники провели в Лос-Аламосі, США, в 1990-х роках. LSND досліджував пучок мюонних антинейтрино, щоб побачити, скільки з них перетворюються на різні типи на короткій відстані. Результати експерименту показали, що перетворилося на електронні антинейтрино більше частинок, ніж очікувалося.
У 2002 році аналогічний експеримент, проведений в FermiLab, під назвою MiniBooNE, також зафіксував надлишок електронних нейтрино. Після цього вчені задалися питанням - чи може ця розбіжність бути викликана існуванням ще більш невловимого типу нейтрино? Вони назвали цю частинку стерильне нейтрино. І припустили, що на відміну від трьох відомих типів «активних» нейтрино, стерильне нейтрино взаємодіє з матерією не через слабку взаємодію. А тільки через гравітацію. Що робить його практично непомітним. Єдиним слідом може бути тільки вплив, який частинка має на ймовірність осциляцій інших нейтрино.
Ідея стерильних нейтрино приваблива через низку причин. Всі фундаментальні частинки матерії, крім нейтрино, бувають як ліво-, так і правовертаючими. Всі три відомих типу нейтрино є лівими по відношенню до слабкої взаємодії. Так що було б розумно, якби існували праві нейтрино, сліпі до слабкої взаємодії. Стерильне нейтрино також передбачається теоріями великого об'єднання. Які намагаються об'єднати електромагнетизм, сильну і слабку взаємодію в одну цілу. У галузі космології стерильні нейтрино дають можливе пояснення ще одній загадці - природі темної матерії.
Нічого не знайшли
Однак результати роботи, оголошені групою, що працює над експериментом MicroBooNE в FermiLab, викликали серйозні сумніви в існуванні стерильних нейтрино. MicroBooNE подолав деякі обмеження, які були у його попередника MiniBooNE. Наприклад, на відміну від MiniBooNE, він може розрізняти електрон або фотон, що виникають при взаємодії нейтрино з детектором.
На семінарі 27 жовтня 2021 року колаборація MicroBooNE оголосила, що чотири різні пошуки надлишку електронних нейтрино нічого не дали. І це погані новини для прихильників гіпотези, які припускають, що стерильне нейтрино дійсно існує.
Експеримент MicroBooNE поки ще не закінчений. Оскільки тільки трохи більше половини зібраних даних піддалася аналізу. Команда фізиків все ще продовжує переглядати отриману інформацію в пошуках всього, що могло бути втрачено з уваги. Стерильні нейтрино ще не пішли в небуття. Але якщо експеримент MicroBooNE продовжить з'являтися перед дослідниками з порожніми руками і розгубленим виглядом, фізики зіткнуться з проблемою. Адже вони не зможуть пояснити раніше отримані позитивні результати інших експериментів. І зрозуміти - чому всі відомі нейтрино ліві?
