Иногда в науке важно не только что-то найти, но и четко понять, чего нет. Новые данные с детектора MicroBooNE в Фермилабе (Fermi National Accelerator Laboratory, Fermilab) выполнили именно эту работу, закрыв одну из давних страниц в физике частиц.
Все началось с аномалий. Еще в 90-х экспериментальные данные с детектора LSND в Лос-Аламосе (Los Alamos National Laboratory, LANL), а позже с MiniBooNE в Фермилабе показывали странности. Мюонные нейтрино превращались в электронные чаще, чем допускает Стандартная модель. Самым популярным объяснением последние 30 лет было стерильное нейтрино — гипотетическая четвертая разновидность, почти не взаимодействующая с веществом.
Эксперимент MicroBooNE создали как раз для проверки этой идеи. Ученые направляли пучки мюонных нейтрино в детектор, наполненный жидким аргоном. Логика проста: если стерильное нейтрино существует, должно фиксироваться больше электронных нейтрино, чем предсказывает обычная трехнейтринная модель. Детектор смотрел за взаимодействиями с рекордной точностью.
Данные, собранные с 2015 по 2021 год, говорят одно: избытка нет. «Увиденное согласуется с отсутствием осцилляций в стерильное нейтрино», — заявил Дэвид Карателли (David Caratelli), физик из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (University of California, Santa Barbara, UCSB) и координатор анализа. Иначе говоря, частицы, которую тридцать лет искали, с высокой вероятностью не существует.
Что теперь? Аномалия, вскрытая LSND и MiniBooNE, никуда не делась. Ее все еще нужно объяснять. Просто список вариантов стал другим. «У нас гораздо более разнообразный набор теорий для изучения», — отмечает Карателли. Одни ученые проверяют гипотезы о фоновых фотонах, другие ждут новых экспериментов.
Опыт MicroBooNE стал переходным. Технологии, которые там отработали, — например, использование жидкого аргона для сверхчеткой «фотографии» событий, — теперь применяют в более масштабных проектах. Главный из них — эксперимент DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment). Его детекторы будут размером с футбольное поле. Они займутся не только разгадкой старых нейтринных тайн, но и вопросами вроде преобладания материи над антиматерией во Вселенной.
