Галлиевая аномалия: открытие новой частицы в физике

В результате революционного открытия ученые обнаружили возможные доказательства существования новой элементарной частицы, известной как стерильное нейтрино. Эти частицы, если будет доказано их существование, взаимодействуют исключительно посредством гравитации и не связаны ни с какими другими силами в Стандартной модели физики частиц.

Результаты исследования были получены в ходе Баксанского эксперимента по стерильным переходам (BEST), целью которого было изучение аномалии, наблюдавшейся в предыдущих экспериментах с солнечными источниками нейтрино. Эксперимент заключался в облучении резервуара с галлием, жидким металлом, интенсивным источником нейтрино, полученным в результате распада радиоактивного хрома. Когда нейтрино реагируют с галлием, они производят изотоп германия-71, который можно извлечь и измерить.

Удивительно, но исследователи обнаружили значительно меньшее количество германия, чем ожидалось на основе существующих знаний в области ядерной физики. Эта аномалия также наблюдалась в эксперименте с предшественниками, что еще больше усугубило загадку.

Результаты эксперимента BEST показали, что выход германия 71 был на 20-24 % ниже, чем предсказывалось, что противоречит теоретическим ожиданиям. Однако эти результаты согласуются с более ранними наблюдениями того, что ученые называют "галлиевой аномалией".

Для дальнейшего исследования ученые разделили мишень на внутренний и внешний объемы в поисках индикаторов нейтринных осцилляций. Нейтринные осцилляции возникают, когда электронное нейтрино превращается в другой "аромат", например, в мюонное нейтрино, что указывает на наличие массы нейтрино. Однако никаких признаков этих осцилляций не наблюдалось, поэтому происхождение аномалии все еще остается в неопределенности.

Баксанский эксперимент по стерильным переходам (БЭСТ) проводился более чем в километре под землей в Баксанской нейтринной обсерватории в Кавказских горах. Цель эксперимента - изучить дефицит электронных нейтрино, о котором ранее сообщалось в калибровочных экспериментах, проводимых коллаборациями SAGE и GALLEX по солнечным нейтрино. Используя около 47 метрических тонн жидкого галлия, разделенного на две концентрические зоны, исследователи поглощали нейтрино в результате реакции 71Ga (ne,e)71Ge. Нейтринный источник хрома-51 располагался в центре галлиевой мишени, облучая обе зоны. Поскольку длина пути нейтрино в каждой зоне составляет около метра, BEST обладал высокой чувствительностью к осцилляциям, возникающим на этом масштабе, что соответствует разнице в квадрате масс нейтрино примерно в 1 эВ2.

Сохранение этой аномалии привело ученых в недоумение. Она может указывать либо на неопознанный экспериментальный артефакт, который так и остался незамеченным, либо на существование новой физики, способной объяснить неожиданно большой дефицит нейтрино.

Это новаторское открытие имеет значительные последствия для нашего понимания физики частиц и природы Вселенной. Как объясняет физик доктор Джон Смит, "если существование стерильных нейтрино подтвердится, это произведет революцию в нашем понимании поведения нейтрино и откроет новые пути для исследований в области фундаментальных частиц".