Получено подтверждение осцилляций мюонных нейтрино в тау-нейтрино

В эксперименте OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) обнаружено первое событие-кандидат, подтверждающее существование осцилляций мюонных нейтрино в тау-нейтрино. В детекторе зарегистрировано взаимодействие тау-нейтрино, которое при рождении было мюонным. Эксперимент, проводимый в подземной лаборатории Гран-Сассо (Национальный институт ядерной физики, Италия), был запущен в 2006 г.

Детектор состоит в основном из 1250 тонн свинцовых кирпичей. Точнее, из 150 тыс. слоистых сборок свинец+фотоэмульсия, которые время от времени достают специальным роботом; эмульсии проявляют и сканируют, изображения обрабатывают на компьютерах — и восстанавливают накопившиеся события. Пучок мюонных нейтрино создает ускоритель в ЦЕРНе. За 2,4 миллисекунды частицы пролетают 732 км под Альпами и Апеннинским полуостровом и достигают детектора. Это так называемый проект CNGS (CERN -Gran Sasso). Его планирование началось еще в 80-е годы прошлого века, и залы лаборатории Гран-Сассо были специально расположены вдоль направления на ЦЕРН. В коллаборации OPERA работают 170 человек из 33 институтов 12 стран, в том числе и физики из России.

Почти все нейтрино пролетают сквозь слой земной коры на своем пути без каких-либо взаимодействий, однако небольшая их часть, «зацепившись» за ядра вещества, рождает горизонтально движущиеся мюоны, проникающие сквозь десятки метров грунта. Их хорошо видит не только OPERA (за три с лишним года наблюдений зарегистрировавшая тысячи таких мюонов), но и другие детекторы в лаборатории (LVD и Borexino).

Мюонные нейтрино на своей пролётной базе могут испытывать осцилляции, частично превращаясь в тау-нейтрино. Последние при взаимодействии с веществом рождают не мюоны, а короткоживущие массивные тау-лептоны, которые до распада успевают пролететь лишь миллиметры. Такое событие (рождение и распад тау-лептона) и было наконец обнаружено при просмотре эмульсий. Следует отметить, что исчезновение мюонных нейтрино наблюдалось и ранее — в ускорительных экспериментах (K2K, MINOS) и в случае атмосферных нейтрино (SuperKamiokande), однако возникновение именно тау-нейтрино из мюонных подтверждается лишь сейчас (правда, для окончательного подтверждения мю-тау-осцилляций необходимо детектирование еще нескольких событий-кандидатов).

Владислав Кобычев

http://trv-science.ru/2010/06/08/polucheno-podtverzhdenie-oscillyacij-myuonnyx-nejtrino-v-tau-nejtrino/