Новые результаты NOva добавляют тайны нейтрино

Международное сотрудничество NOvA представило новые результаты на конференции Neutrino 2024 в Милане, Италия, 17 июня. Коллаборация удвоила свои данные по нейтрино с момента их предыдущего выпуска четыре года назад, включая добавление нового низкоэнергетического образца электронных нейтрино.

Новые результаты согласуются с предыдущими результатами NOva, но с повышенной точностью. Данные свидетельствуют в пользу «нормального» упорядочения масс нейтрино сильнее, чем раньше, но остается неопределенность в отношении осцилляционных свойств нейтрино.

Последние данные NOvA дают очень точное измерение большего расщепления между квадратами масс нейтрино и немного благоприятствуют нормальному упорядочению масс. Такая точность расщепления масс означает, что в сочетании с данными других экспериментов, проведенных на ядерных реакторах, данные благоприятствуют нормальному упорядочению с вероятностью почти 7:1.

Это говорит о том, что нейтрино придерживаются нормального порядка, но физики не достигли высокого порога уверенности, необходимого для объявления об открытии.

NOvA, сокращение от NuMI Off-axis νe Appearance, представляет собой эксперимент, проводимый Национальной ускорительной лабораторией Ферми Министерства энергетики США, расположенной за пределами Чикаго.

Фермилаб посылает пучок нейтрино на 500 миль к северу к детектору массой 14 000 тонн в Эш-Ривер, штат Миннесота. Измеряя нейтрино и их партнёров из антивещества, антинейтрино, в обоих местах, физики могут изучить, как эти частицы меняют свой тип во время путешествия — явление, известное как нейтринные осцилляции.

Цель NOvA — узнать больше о порядке масс нейтрино. Физики знают, что существует три типа нейтрино с разными массами, но они не знают ни абсолютной массы, ни того, какой из них тяжелее.

Теоретические модели предсказывают два возможных порядка масс: нормальный или инвертированный. В нормальном порядке имеется два легких нейтрино и одно более тяжелое нейтрино; в перевернутом — одно легкое нейтрино и два более тяжелых.

«Получение дополнительной информации из экспериментов с реакторами расширяет наши знания о массовом упорядочении и приближает нас к захватывающей территории», — сказала Эрика Катано-Мур, научный сотрудник William & Mary и соорганизатор анализа. «У нас почти есть ответ на один из тех больших вопросов, которые есть у нас в физике нейтрино. Но мы пока не достигли этого».

Решение для нейтринной осцилляции остается неоднозначным в новых результатах. В настоящее время у физиков недостаточно данных, чтобы разделить два эффекта на осцилляции: массовое упорядочение и свойство, называемое нарушением четности заряда.

Коллаборация наблюдала умеренную степень колебаний, которую можно объяснить в любом сценарии массового упорядочения с разной степенью нарушения CP, поэтому они не могут разделить массовое упорядочение и нарушение CP. Однако физики смогли исключить конкретные комбинации этих двух свойств.

«Нам действительно требуется больше, чем одно измерение, чтобы узнать все, что нам нужно знать», — сказал Джереми Уолкотт, научный сотрудник Университета Тафтса, один из координаторов анализа NOvA и докладчик на конференции.

«NOvA играет важную роль в этом, потому что у всех различных экспериментов, пытающихся измерить одни и те же параметры, есть уникальные аспекты», — сказал Уолкотт. «Мы начинаем видеть, как картина складывается воедино, но она неясна. Очень важно иметь различные измерения, которые работают вместе».

Эксперимент NOvA начал сбор данных в 2014 году и продолжится до начала 2027 года, за это время коллаборация надеется удвоить свой набор данных по антинейтрино. Они также продолжают совершенствовать анализ, чтобы максимизировать чувствительность эксперимента.

Их усилия также прокладывают путь для будущих экспериментов, которые будут способствовать еще большему раскрытию загадок свойств нейтрино.

«Мы хотим извлечь из данных максимум возможного», — сказал Катано-Мур. «То, что мы узнаем – не только из самих результатов, но и в процессе, то, что мы узнаем о методах анализа – будет полезно для экспериментов следующего поколения, которые сейчас находятся в стадии разработки».

Тем не менее, у NOvA есть потенциал, чтобы узнать больше о неуловимом нейтрино. «Этот результат является важным напоминанием о том, что нынешнее поколение экспериментов, включая NOvA, продолжает собирать ценные данные и давать знания в области физики», — сказала Зоя Валлари, постдокторант Калифорнийского технологического института и соорганизатор анализа. «Они — наш лучший шанс сделать открытие прямо сейчас».

Сотрудничество NOvA состоит из более чем 200 ученых из 50 институтов в восьми странах. Благодаря дополнительным данным и дальнейшим улучшениям анализа, NOvA приблизит физиков к пониманию поведения нейтрино, изменяющего идентичность.