Российские учёные предложили запустить пучок нейтрино из Подмосковья в Средиземное море

Физики НИЦ "Курчатовский институт" совместно с зарубежными коллегами разработали проект нового эксперимента на ускорительном комплексе У-70 в Протвино. Учёные предложили создать пучок нейтрино — "неуловимых" элементарных частиц — и запустить его к гигантскому подводному детектору ORCA, который строится в Средиземном море на глубине около 2,4 км. Нейтринный луч пройдёт сквозь недра Земли рекордные для подобного рода экспериментов 2,6 тыс. км, пока не будет "пойман" и исследован детектором. Результаты исследования позволят больше узнать о свойствах нейтрино и ответить на многие вопросы об устройстве Вселенной, в частности объяснить, почему окружающая нас материя доминирует над антивеществом. Исследование опубликовано на портале препринтов arXiv.org.

Нейтрино — незаряженные фундаментальные частицы, обладающие ничтожно малой, и до сих пор не измеренной массой. Они рождаются в глубинах космоса и насквозь пронизывают нашу планету. Эти частицы очень слабо взаимодействуют с материей, и, как результат, с трудом поддаются регистрации.

На данный момент известны три типа нейтрино, которые обладают удивительным свойством "перевоплощаться" друг в друга, или, как говорят физики, осциллировать при пролёте в пространстве и в веществе. Изучение таких осцилляций позволяет больше узнать о свойствах нейтрино и ответить на многие вопросы об устройстве Вселенной.

Чтобы восполнить пробелы в знаниях о нейтрино, физики НИЦ "Курчатовский институт" совместно с зарубежными коллегами разработали план нового эксперимента P2O (Protvino-to-ORCA) на ускорительном комплексе У-70 в Протвино, Московская область. Учёные предложили создать нейтринный пучок и запустить его к 8-мегатонному подводному детектору ORCA, который строится в Средиземном море на глубине около 2,4 км. в 40 км. от побережья Тулона (Франция). Частицы нейтрино с энергией около 5 ГэВ пролетят сквозь недра Земли почти 2,6 тыс. км, пока не будут "пойманы" и исследованы детектором.

Предполагается, что при взаимодействии нейтрино с ядрами кислорода и водорода будут образовываться заряженные частицы, которые и зарегистрируют подводные фотоумножители. Чтобы улучшить чувствительность измерений, исследователи предложили увеличить мощность ускорителя частиц до 90 кВт, а в перспективе до 450 кВт. Модернизированный ускоритель сможет генерировать более мощные пучки нейтрино.

Результаты эксперимента позволят ответить на многие вопросы об устройстве нашего мира. Например, исследователи рассчитывают объяснить феномен барионной асимметрии Вселенной — преобладании в видимой части Вселенной материи над антиматерией.

"Нейтринные исследования составляют сегодня ключевую область физики элементарных частиц. Свойства нейтрино — ничтожные массы, осцилляции, не могут быть объяснены в рамках современной теории, так называемой Стандартной модели, и требуют новых подходов. Нейтрино, по-видимому, оказывали существенное влияние на формирование крупномасштабной структуры Вселенной и её наблюдаемую барионную асимметрию. Хотя мы видим, что на ускорителях частицы и античастицы рождаются одинаково, во Вселенной преобладает вещество, а не антивещество.  Ответ может быть связан с нарушением фундаментальных симметрий в слабых взаимодействиях, в которых нейтрино участвует, и экспериментальное изучение этой проблемы занимает центральное место в предложенном проекте P2O", — сообщил один из авторов  проекта, заместитель директора НИЦ "Курчатовский институт" по фундаментальным исследованиям, доктор физико-математических наук Михаил Скорохватов.

Отметим, что на данный момент в мире проводится несколько аналогичных исследований нейтрино. Так, в экспериментах T2K в Японии и NOvA в США нейтринные пучки посылаются на расстоянии 295 км. и 810 км. соответственно. По словам Скорохватова, ключевым проектом в этой области считается запланированный на конец 2020-х гг. эксперимент в США в Национальной лаборатории им. Э. Ферми (Чикаго), находящийся в стадии разработки. Предполагается, что нейтринный пучок из лаборатории Ферми будет направлен на расстояние 1,3 тыс. км к подземному детектору в Южной Дакоте.

Скорохватов отметил, что восстановление нейтринного канала на ускорителе У-70 придаст новый импульс исследованиям на отечественной экспериментальной базе. Осуществление такого эксперимента, по его словам, позволит развить в России инфраструктуру мирового уровня для проведения исследований с нейтринными пучками, способной составить достойную конкуренцию лучшим экспериментальным комплексам США и Японии.

"Развитие предложенных идей позволит значительно укрепить и углубить международную кооперацию с европейскими научными центрами. Более того, в рамках этой кооперации Россия сможет занять лидирующие позиции, поскольку в ближайшие годы (а скорее всего, и десятилетия) нейтринный канал на ускорителе У-70 может быть единственным в Европе", — подчеркнул Скорохватов.

Источник: http://www.nrcki.ru/