Физикам известно, что существует три вида нейтрино (и антинейтрино): электронное, мюонное и тау-нейтрино. В ходе нескольких экспериментов, ученые обнаружили каждый из этих видов нейтрино и даже могли наблюдать за их переходом из одного вида в другой и обратно. Но начиная с ранних 90-х, в ходе экспериментов была выявлена досадная аномалия: мюонное антинейтрино переходит в электронное антинейтрино на 3% чаще, чем было предсказано. Это недоразумение может быть разрешено, если добавить четвертый сорт нейтрино, со своей массой.

Но такой шаг потребует модификации Стандартной модели, теории субатомных частиц, на создание которой ушли многие десятилетия. В своем новом исследовании, команда физиков выразила мнение, что пришло время провести экспериментальные испытания на существование четвертого сорта нейтрино.

В своей публикации в журнале Physical Review Letters, Майкл Крибьер от имени команды исследователей, предложил провести тест, который покажет, действительно ли существует четвертый сорт нейтрино. В случае положительного ответа на этот вопрос, это будет иметь огромные последствия для нашего понимания как непосредственно нейтрино, так и базовых строительных блоков материи в общем.

В ходе недавнего исследования, физики из французского Комиссариата атомной энергетики (CEA) из города Сакле, пересчитали скорость образования антинейтрино в ядерных реакторах и пришли к заключению, что она на 3% превышает предыдущие прогнозы. Даже после повторной проверки, 3-процентный избыток антинейтрино был подтвержден.

Самым простым физическим объяснением этой аномалии является существование четвертого нейтрино.

Физики уже рассчитали массу четвертого нейтрино, а также определили, что он является «стерильным», поскольку не взаимодействует, в отличие от остальных нейтрино, с материей посредством слабого ядерного взаимодействия.

Это свойство делает четвертое нейтрино особенно сложным для обнаружения. Некоторые физики даже выдвинули его в кандидаты на темную материю.

Эксперимент будет заключаться в выпускании импульсов антиэлектронных нейтрино активностью 1,85 петабеккерелей (около 10 грамм или менее чем 4 см) в цель по центру большого жидкого сцинтилляционного детектора. В число возможных кандидатов на роль детекторов вошли Borexino, KamLAND и SNO+, которые содержат тысячу тонн ультрачистого жидкого сцинтиллятора внутри нейлоновой или акриловой оболочки.

Генератор антиэлектронного нейтрино будет состоять из радиоактивного источника, такого как ядра церия, которые являются распространенным продуктом распада в ядерных реакторах, и которые можно добывать из отработанных топливных стержней.

Чтобы достичь достоверных результатов, эксперимент будет проводиться в течении года.

Одним из самых больших вызовов предстоящего эксперимента станет фоновый шум, который может привести к ложным выводам. Фоновый шум может быть вызван окружающей средой, датчиком, источником антинейтрино или экранированием источника. Но благодаря выбранному учеными типу распада (обратный бета-распад), который происходит с некоторой задержкой во времени, фоновый шум не окажет на этот эксперимент практически никакого влияния.