Детектор OPERA массой 4 тысячи тонн, установленный в подземной итальянской лаборатории Гран-Сассо в Альпах, начал работу в 2008 году. Он фиксирует поток нейтрино, идущий к нему сквозь 730-километровую толщу горных пород от ускорителя SPS в ЦЕРНе.

Физики, работающие в нейтринном проекте OPERA, зафиксировали крайне редкое событие — превращение мюонного нейтрино в тау-нейтрино, что позволяет объяснить исчезновение антиматерии во Вселенной, сообщила РИА Новости участница эксперимента Наталья Полухина, завлабораторией элементарных частиц Физического института имени Лебедева РАН (ФИАН).

Рис. 1.

Рис. 2. Нейтринный детектор OPERA.

Детектор OPERA массой 4 тысячи тонн, установленный в подземной итальянской лаборатории Гран-Сассо в Альпах, начал работу в 2008 году. Он фиксирует поток нейтрино, идущий к нему сквозь 730-километровую толщу горных пород от ускорителя SPS в ЦЕРНе.

Цель детектора: обнаружить осцилляции нейтрино, способность частиц менять «аромат». Всего есть три «аромата» нейтрино: электронные (рождаются в ядерных реакторах), мюонные (при распаде пионов) и тау-нейтрино (возникают при столкновении частиц в ускорителях).

Способность нейтрино к осцилляциям возможна только в том случае, если эта частица имеет ненулевую массу. В свою очередь, наличие массы у нейтрино имеет множество последствий для самых разных областей науки — от этого параметра, в частности, зависят оценки массы Вселенной, а значит, представления о ее дальнейшей судьбе: будет ли она расширяться бесконечно, или вслед за расширением наступит сжатие. Кроме того, наличие массы у нейтрино может объяснить тот факт, что Вселенная состоит из материи, а антиматерии в ней практически нет, хотя в момент Большого взрыва должны были возникнуть равные количества и материи и антиматерии.

Рис. 3. Схема подземной итальянской лаборатории
Гран-Сассо, где располагаются нейтринные детекторы
экспериментов OPERA, Borexino, ICARUS и других.

Полухина отметила, что эксперимент OPERA, в котором участвуют 140 ученых из 11 стран, стал первым экспериментом, который действительно обнаружил эти превращения — прежние были экспериментами на «выбывание». «Предполагалось, что существует определенное количество нейтрино одного типа, например, электронных нейтрино, которые идут от Солнца, и если на Земле их регистрировали меньше, то говорили, ага — вот они осциллировали», — сказала собеседница агентства.

От ЦЕРНа в Гран-Сассо идет поток мюонных нейтрино, и если детектор замечает появление в их потоке тау-нейтрино, это означает, что превращение действительно произошло. До сих пор физики зафиксировали 17 тысяч нейтринных событий и только два случая превращения мюонных в тау-нейтрино — в 2010 и 2012 году.

«Когда было первое событие, OPERA была очень осторожна, говорили, что это "событие-кандидат». И если бы мы не нашли то, что обещали, а мы обещали от 5 до 7 событий на статистике 25 тысяч событий мюонных нейтрино, то тогда говорить об осцилляциях было бы сложно. Если бы не увидели осцилляций нейтрино, это повлекло бы коренной пересмотр физической теории", — сказала Полухина.

«Третье событие подтверждает факт существования осцилляций нейтрино, тот факт, что нейтрино, которые мы наблюдаем в эксперименте, могут переходить между тремя состояниями, имеющими определенную массу», — добавила она.

По словам исследователя, не исключено, что участники эксперимента в ходе анализа данных, накопленных детектором, смогут найти еще случаи превращения нейтрино помимо этих трех.

На данный момент, отметила Полухина, карьера детектора OPERA завершается — 3 декабря 2012 года был выключен нейтринный пучок с ускорителя SPS. Этот ускоритель входит в систему ускорителей Большого адронного коллайдера, и вместе с ним он был остановлен для модернизации до 2015 года.

«Мы дообработаем имеющийся материал, в июне следующего года должна начаться разборка детектора», — сказала собеседница агентства.

Громкую славу эксперименту OPERA принесли не сами по себе исследования осцилляций нейтрино, а сенсационное «открытие» превышения скорости света в конце сентября 2011 года.

Тогда участники группы заявили, что нейтрино пролетают 730 километров от ускорителя SPS до детектора в среднем на 60 наносекунд быстрее, чем предполагали расчеты, и двигались быстрее скорости света.

Проверка скорости нейтрино, проведенная тремя другими нейтринными экспериментами, базирующимися в Гран-Сассо — Borexino, LVD и ICARUS — не показала значимых отклонений от скорости света. Позже участники коллаборации OPERA сообщили, что они обнаружили техническую ошибку, которая могла привести к появлению данных о превышении скорости света.

Выяснилось, что источником «сверхсветовых» нейтрино оказался плохо вставленный разъем оптического кабеля между внешней антенной GPS и блоком в системе сбора данных установки, отвечающим за синхронизацию внутренних часов установки и часов в ЦЕРНе, где определялся момент начала движения нейтрино. «Открытие» привело к отставке руководителя проекта.