Трудноуловимые частицы нейтрино в полете испытывают осцилляции, в ходе которых различные их виды преобразуются друг в друга. Это открытие подтверждено в ходе экспериментов международной коллаборации Т2К (Tokai-to-Kamioka) в Японии, где ученые посылали пучки мюонных нейтрино от протонного ускорителя J-PARC в городе Токай на расстояние 295 км, к нейтринному детектору Super-Kamiokande.
Нейтрино бывают трех видов — электронное, мюонное и (самое тяжелое) тау-нейтрино. Доказаны превращения мюонных нейтрино в электронные, но прочие варианты осцилляций тоже обнаруживаются с той или иной степенью надежности.
Установка Super-Kamiokande — это цилиндрический бак из нержавеющей стали, содержащий 50 тыс. т ультрачистой воды, в которой 11 тыс. сверхчувствительных фотодетекторов регистрируют вспышки — редчайшие взаимодействия нейтрино с веществом. Насчитав в среднем 22,5 электронного нейтрино в пучке, достигшем SuperKamiokande от ускорителя, исследователи делают вывод, что определенная часть мюонных нейтрино превратилась в электронные. Иначе было бы зарегистрировано в среднем всего 6,4 электронного нейтрино. В 2011 году ученые из Т2К уже объявляли о наблюдении признаков подобных осцилляций. Но оставалась вероятность того, что наблюдаемый эффект можно объяснить случайными статистическими флуктуациями. 19 июля 2013 года на конференции Европейского физического общества в Стокгольме было заявлено: вероятность случайного выброса меньше, чем один шанс на триллион.
Эти исследования открывают новые возможности для изучения антиматерии и разгадки тайны барионной асимметрии Вселенной — явного преобладания в видимой части нашего мира вещества над антивеществом (в момент Большого взрыва, приведшего к рождению Вселенной, их должно было быть примерно поровну). Вероятно, большая часть первородного антивещества аннигилировала при взаимодействии с обычной материей. Но при этом остался небольшой избыток последней, который и составляет теперь всю наблюдаемую Вселенную. Чтобы объяснить, почему вещество взяло верх над антивеществом, нужно отыскать эффекты, при которых частицы материи ведут себя иначе, чем их антиподы. Многие физики подозревают, что именно нейтринные осцилляции помогут обнаружить эту разницу.
Теперь ученые T2K могут воссоздать эксперимент с пучком мюонных антинейтрино и узнать, изменит ли это количество регистраций электронных нейтрино на выходе. Следующий этап подобного эксперимента, вероятно, продлится не менее 10 лет, однако дело того стоит.
