Международная группа исследователей на экспериментальных установках в США смогла увидеть предсказанную еще в 1958 советским физиком итальянского происхождения Бруно Понтекорво осцилляцию нейтрино. О своем открытии ученые сообщили на официальной странице эксперимента MINOS (Main Injector Neutrino Oscillation Search, что приблизительно переводится как «поиск нейтринной осцилляции в главном инжекторе»).
Суть эксперимента такова: ускоритель лаборатории Ферми в Батавии близ Чикаго (штат Иллинойс) отправляет мощный поток нейтрино по прямой сквозь толщу земной коры в лабораторию, находящуюся в 730 км от ускорителя в городке Судан, штат Миннесота. Поток искусственных нейтрино создается путем бомбардировки мишени протонами высокой энергии. Одним из продуктов этой реакции становятся пионы, которые затем распадаются на мюоны и нейтрино (время распада около 10е-8 сек.)
μ+ν=nν
Поток частиц, проходя через толщу земной коры (из-за кривизны земного шара «срезающий угол поток» углубляется на 10 километров), очищается от мюонов и уже через 800 метров становится чистым потоком мюонных нейтрино с ничтожно малой и контролируемой примесью электронных нейтрино.
В эксперименте используются сразу два детектора нейтрино. «Ближний» находится непосредственно на выходе из ускорителя, а «дальний» — в конце 730-километрового путешествия частиц. Кстати, на это расстояние нейтрино тратят всего 0,0025 секунды.
Детекторы нейтрино состоят из стальных дисков диаметром 8 метров и толщиной 2,5 см, чередующихся с пластинами, сделанными из сцинтиллятора — вещества, в котором возникают крохотные вспышки света при прохождении через них ионизирующего излучения. Фотоумножители регистрируют эти вспышки. Толщина «дальнего» детектора около 50 метров, а общая масса около 8000 тонн. «Ближний» детектор имеет приблизительно вдвое меньшие параметры.
Если бы нейтрино не осциллировали, то оба детектора должны были фиксировать одинаковое количество нейтрино. Однако на выходе из реактора было зарегистрировано 177 мюонных нейтрино, а в Судане — только 92.
Это означает, что часть мюонных нейтрино превратилось в тау- или в электронные.
Теория говорит, что если в природе наблюдаются осцилляции нейтрино (превращения нейтрино одного типа в другой) – то у нейтрино есть масса.
Отметим, что именно тем, что нейтрино обладает массой, многие ученые объясняют наличие во Вселенной пресловутой темной материи.
Теперь можно считать, что позиции этих специалистов заметно упрочились.
Это пока что первые результаты, полученные в ходе проекта MINOS. Через полтора года его эстафету должен подхватить проект ОРЕTA (Oscillation Project with Emulsion Tracking Apparatus), в котором нейтрино, полученные на Большом Адроном Коллайдере в ЦЕРН, будут направляться в итальянскую лабораторию в Гранд-Сассо.
Эксперименты используют разные методики и проводятся независимо друг от друга.
В проекте участвуют около 150 ученых из 32 научные организации 16 стран – Бразилии, Великобритании, Греции, России, США и Франции.