Міжнародна команда фізиків об’єднала дані двох провідних нейтринних експериментів — NOvA та T2K. Результати, опубліковані в Nature, наближають відповідь на фундаментальне питання: чому у Всесвіті існує матерія, а не лише енергія.
Прорив у розумінні походження матерії
Дослідники з Indiana University Bloomington разом із міжнародними партнерами досягли важливого прогресу у вивченні нейтрино — одних із найзагадковіших частинок у Всесвіті.
Результати спільного аналізу експериментів NOvA (США) та T2K (Японія) опубліковані в журналі Nature.
Дослідження наближає відповідь на одне з ключових космологічних питань: чому після Великого вибуху матерія не була повністю знищена антиматерією.
Чому це важливо
Згідно з теорією Великого вибуху, Всесвіт мав створити однакову кількість матерії та антиматерії. При їхньому зіткненні відбувається анігіляція — перетворення на чисту енергію.
Якби баланс був ідеальним, галактики, зірки, планети та життя просто не змогли б сформуватися.
Проте існував крихітний дисбаланс — і саме він дозволив матерії «перемогти».
Вчені підозрюють, що ключ до цієї загадки може приховуватися в поведінці нейтрино.
Як працювали експерименти
Обидва експерименти належать до класу «довгобазових»:
- NOvA надсилає пучок нейтрино на 810 км від Fermilab до детектора в Міннесоті.
- T2K спрямовує нейтрино на 295 км від комплексу J-PARC до підземного детектора Super-Kamiokande.
Нейтрино майже не взаємодіють з речовиною, тому з мільярдів частинок лише одиниці залишають вимірювані сигнали. Для їхнього аналізу використовуються високоточні детектори та складні алгоритми обробки даних.
Ключ до розгадки — CP-симетрія
Нейтрино існують у трьох «смаках» — електронному, мюонному та тау — і можуть переходити між ними в процесі коливань.
Якщо нейтрино та антинейтрино коливаються по-різному, це означає порушення так званої CP-симетрії (симетрії заряду та парності). Саме це порушення може пояснити, чому матерія домінує у Всесвіті.
Об’єднання даних NOvA та T2K дозволило суттєво уточнити параметри цих коливань.
«Ми просунулися у відповіді на питання, чому існує щось, а не ніщо», — зазначив керівник дослідження професор Марк Мессьє.
Глобальна співпраця та технологічний ефект
У проєкті беруть участь сотні науковців із США, Європи та Японії. Фінансування забезпечується, зокрема, Міністерством енергетики США.
Подібні дослідження мають і прикладний ефект:
- розвиток високошвидкісної електроніки;
- інновації в обробці великих даних;
- застосування машинного навчання та ШІ;
- підготовка фахівців для технологічної індустрії.
Експерти зазначають, що ця модель міжнародної кооперації може стати основою для майбутніх мегапроєктів у фізиці частинок.
Що далі
Отримані результати не є остаточною відповіддю, але формують міцну основу для наступного покоління нейтринних експериментів.
Подальші дослідження дозволять з більшою точністю визначити, чи справді нейтрино поводяться інакше, ніж їхні антиматерійні аналоги.
Якщо це підтвердиться, фізика може отримати ключ до пояснення існування самого Всесвіту в його нинішньому вигляді.
