Академик: "новая физика" может начаться со стерильных нейтрино

© Кристина Киссер‎ // Троицкинформ.москваАкадемик Ткачев на церемонии Человек года-2016 в ТроицкеАкадемик Ткачев на церемонии Человек года-2016 в Троицке

МОСКВА, 14 мая – РИА Новости. Академик Игорь Ткачев из Института ядерных исследований РАН в Троицке рассказал о том, как Россия может стать лидером в поисках неуловимых стерильных нейтрино, как с ними связана загадочная темная материя и почему он считает, что БАК вряд ли откроет "новую физику". 

На этой неделе в НИЯУ МИФИ в Москве и Институте ядерных исследований в Троицке состоялась очередная встреча физиков ЦЕРН из коллаборации NA61, пытающихся раскрыть тайны устройства кварково-глюонной плазмы, аналога первичной материи Вселенной, и принципы взаимодействия между нейтрино, самыми неуловимыми частицами, и другими формами материи.

Направление исследований для многих из этих экспериментов, как рассказали участники встречи, были заложены еще несколько десятилетий назад силами советских и российских ученых в Троицке. Например, в начале 1990 годов отечественные физики начали измерения массы нейтрино и пришли к выводу, что она должна быть очень небольшой, получив лучшие в мире ограничения. Сегодня увеличенная копия российского детектора, получившая имя KATRIN, строится в Германии. Этот эксперимент позволит продвинуться в ограничениях еще на порядок, либо наконец измерить массу нейтрино.

Карта реликтового излучения, составленная орбитальной обсерваторией Планк
Темная материя Вселенной "худеет", заявляют российские физики

Сам прибор, как пояснил академик Игорь Ткачев, сегодня получил вторую жизнь для поисков ответа на не менее важный и интересный вопрос – существует ли еще один вид нейтрино, помимо трех уже открытых частиц и античастиц такого рода. Эти частицы, так называемые "стерильные нейтрино", должны практически не взаимодействовать с другими формами материи и обладать необычно большой для известных нейтрино массой.

Он рассказал о первых результатах подобных поисков и объяснил, почему открытие этих частиц может стать "окном" в новую физику и может объяснить многие загадки Вселенной, в том числе и существование темной материи.

— Игорь Иванович, насколько вообще целесообразно и зачем нужно искать стерильное нейтрино? 

— Мы знаем, что Стандартная модель физики не является полной – к примеру, существование темной материи и наличие массы у нейтрино выходят за ее пределы и не объясняются ей. Существует много моделей, способных объяснить оба этих факта, многие из которых являются очень сложными. Самая простая возможность — добавить стерильные (или правые) нейтрино в Стандартную модель.

Так художник представил себе стокновение сверхмалых частиц
Физики приблизились к определению массы нейтрино

Конечно, модель в которой возникает масса у нейтрино можно сделать и сложной, но в данном случае, как мне кажется, работает принцип бритвы Оккама – самые простые и красивые теоретические построения обычно оказываются самыми близкими к реальности. Кроме того, было бы странно, если бы масса нейтрино возникала не так, как у всех остальных частиц Стандартной модели, в результате взаимодействия их "правых" компонент с полем Хиггса. 

Когда мы думали, что у нейтрино нет массы, было логичным считать, что у нейтрино этого правого партнера нет. Но теперь, когда мы знаем, что у нейтрино есть масса, есть основания думать об обратном. Вопрос теперь заключается в массе этих партнеров – если она окажется слишком большой, то тогда мы никогда не сможем найти стерильные нейтрино в лаборатории. Такую возможность исключить нельзя, но тогда у этой модели не будет и других интересных следствий, о которых пойдет речь ниже.

© РИА НовостиДетектор нейтрино, на котором российские ученые будут искать четвертый тип этих частиц
Детектор нейтрино, на котором российские ученые будут искать четвертый тип этих частиц

Другие эксперименты, такие как Дайя-бэй и IceCube, "закрыли" область существования крайне легких стерильных нейтрино, не интересных для нас с космологической точки зрения. С другой стороны, если эта масса будет в примерно десять тысяч раз больше, чем у "обычных" нейтрино, т.е. около 1 кэВ, то тогда стерильные нейтрино могут составлять основу темной материи.  Поиском таких нейтрино мы сейчас и начали заниматься.

— Как можно убедить публику в том, что это необходимо?

— Это же одна из самых фундаментальных проблем в настоящее время. У темной материи есть все шансы быть открытой в лаборатории, рано или поздно. Поэтому темну

ю материю ищут десятки, если не сотни коллективов ученых уже несколько десятилетий. Эти поиски идут в самых разных направлениях – кто-то верит в тяжелые "вимпы" и пытается их найти, кому-то нравятся аксионы.

Стоимость каждого такого эксперимента на современном этапе находится на уровне 100 миллионов долларов, и никто не думает об их прекращении. Наш проект, по сравнению с такими детекторами, совсем ничего не стоит. Если нашу установку создавать сегодня, она обошлась бы где то в 5 миллионов долларов, и сами эксперименты гораздо дешевле, чем поиски других форм темной материи.

Ученый работает с германиевым диодом в детекторе GERDA
Ученые не нашли следов новой физики в "самоуничтожении" нейтрино

О чем это говорит? Более существенные вложения могли бы позволить нам достичь необходимого предела точности в наших измерениях и "зайти" в ту область, где мы ожидаем найти стерильные нейтрино, объясняющие существование темной материи, ее долю во Вселенной, ненулевую массу нейтрино и другие явления, выходящие за рамки Стандартной модели. Для этого нам нужно повысить чувствительность детектора на несколько порядков, и тогда мы выйдем в ту область, которая интересна и физикам, и космологам.

— Достижимо ли это с финансовой и технической точки зрения?

— Самая дорогостоящая часть нашей установки уже готова к подобной работе, на следующем этапе нам нужно заменить детекторы и электронику на более быстродействующие. Конечно, можно продолжать накапливать данные и на существующем оборудовании, но тогда нам придется прождать десятилетия, чтобы получить результат.

Сейчас мы планируем проводить параллельно и замеры, и обновление оборудования. Мы надеемся, что обновление железа и улучшение методик работы  с ним позволит нам поднять чувствительность детектора как минимум на порядок, а может быть, и на два порядка, если это позволит сделать систематика.

Детектор EXO 200
Физики обнаружили самый медленный процесс во Вселенной

Мы нашли новую жизнь для нашей установки и начали поиски стерильных нейтрино, однако нам быстро стало ясно, что подобные поиски в одиночестве продолжать невозможно и неправильно. Сейчас мы сотрудничаем с нашими немецкими коллегами из проекта KATRIN. В мае начнется новый сеанс работы, и к нам приедет большая делегация из Германии вместе с новой электроникой и детектором, которые будет установлены в конце сеанса.

Это позволит нам сравнить результаты наблюдений и понять насколько новая немецкая электроника лучше для нас. В этом заинтересованы и мы, и немецкие коллеги, чья установка пока не начала свою работу.  Если все получится, дальше будем проводить совместный эксперимент здесь, в Троицке.

— Поможет ли открытие стерильных нейтрино в раскрытии фундаментальных свойств материи, в том числе и при анализе результатов экспериментов NA61?

— Для NA61 думаю, что нет. Но, с фундаментальной точки зрения, стерильные нейтрино чрезвычайно  важны для определения того, в какую сторону и как будет расширяться Стандартная модель – можно пойти, условно говоря, направо, налево, вверх или вниз, или же просто дополнить нейтрино по аналогии с другими известными частицами. Какой из этих путей правильный – на сегодняшний день фундаментальный вопрос.

Соответственно, если мы найдем стерильные нейтрино, то тогда сразу станет ясно, в каком направлении двигаться. С другой стороны, даже если поиски закончатся неудачей, это тоже прояснит ситуацию – к примеру, если стерильные нейтрино не существуют в той области, которая связана с темной материей, то тогда мы будем знать, что она является какой-то другой сущностью за пределами Стандартной модели. 

© РИА НовостиДетектор нейтрино, на котором российские ученые будут искать четвертый тип этих частиц
Детектор нейтрино, на котором российские ученые будут искать четвертый тип этих частиц

— Недавно вы и ваши коллеги из МФТИ опубликовали статью о том, что темная материя может быть нестабильной и что заметная ее часть могла распасться. Будет ли означать открытие стерильных нейтрино то, что и эта теория верна?

— С одной стороны, об этом можно говорить в принципе, но с другой стороны, те стерильные нейтрино, которые мы ожидаем найти, в минимальном варианте не могут объяснить те аномалии в реликтовом излучении Вселенной, о которых мы говорили. Стерильные нейтрино по своей природе должны распадаться, превращаясь в активное нейтрино и фотон, однако эти распады будут происходить слишком редко – время жизни стерильных нейтрино превышает возраст Вселенной.

Для того, чтобы объяснить те аномалии, которые были зафиксированы в данных по реликтовому излучению Вселенной, нужно, чтобы распалось как минимум 5% темной материи, что невозможно в рамках простых представлений о свойствах стерильных нейтрино.

Новая карта распределения темной материи во Вселенной
Темная материя оказалась более "гладкой", чем считали ученые

С другой стороны,  реальность может быть более сложной, могут существовать еще какие то взаимодействия и частицы, и тогда частота распадов стерильных нейтрино будет другой. Сейчас я как раз работаю над подобными сценариями. 

— В последние два года физики все чаще говорят о возможных намеках на "новую физику" в результатах экспериментов на БАК. На ваш взгляд, где и когда мы увидим первые реальные следы мира за пределами Стандартной модели?

— В ближайшие десять лет,  как я считаю, вряд ли получится что-то обнаружить. Трудно быть оракулом, но я не думаю, что мы на самом деле близки к открытию "новой физики", если говорить об экспериментах на Большом адронном коллайдере.

С другой стороны, ситуация выглядит более оптимистичной, если говорить о стерильных нейтрино и аксионах. Я надеюсь — так как уверенно говорить здесь нельзя — что именно они станут тем проявлением "новой физики", которое нам удастся  найти первым.

Для этого есть вполне логичные причины. Стерильные нейтрино являются естественными кандидатами на роль частиц темной. Почему? Нужно смотреть на естественные расширения Стандартной модели, необходимость которых вытекает из решения каких то других проблем, а не просто ради объяснения существования темной материи.

Детектор нейтрино, вид изнутри
Обсерватории IceCube не удалось раскрыть тайну "стерильных" нейтрино

К примеру, если взять нейтрино, мы знаем, что они должны обладать массой, которую откуда-то нужно взять. Для этого мы вводим "правые" нейтрино и это добавление к теории к тому же объясняет, откуда берется темная материя. Аналогичной является ситуация с аксионами, другим кандидатом на роль "легкой" темной материи, тоже связанным с еще одним пробелом в Стандартной модели.

Аксионы уже достаточно давно, около 20 лет, планомерно пытаются найти в лабораториях, постепенно перебирая интересную для космологии и экспериментально доступную область значений их массы. С другой стороны, темную материю в форме стерильных нейтрино целенаправленно не искали, и у нас есть большие шансы продвинуться в этом направлении, на что нам понадобится как минимум 5-10 лет. Что именно является темной материей, мы пока не знаем, но, возможно, одновременно существуют и стерильные нейтрино и аксионы.

Нейтринный детектор, эксперимент OPERA
Физики ЦЕРН зафиксировали пятый случай превращения нейтрино

К сожалению, как показывает история бозона Хиггса, от теоретического предсказания до открытия может пройти до полувека. Открытие, конечно может быть неожиданным, но чаще всего появляются статистические флуктуации, такие как недавняя история с резонансом 750 ГэВ, которые выглядят как "новая физика", но на самом деле являются случайными совпадениями. 

Облака часто складываются в узоры, в которых некоторые теоретики видят слонов. То же самое происходит с экспериментальными данными, и нам, скорее всего, придется долго ждать того момента, когда мы дойдем до реальных результатов.

РИА Наука
Комментарии
9 пользователей оставили 10 комментариев
vablochin, заглянуть в ядро проще, решить вопрос качества дороги с очередным арой, севшим на бюджетные потоки намного сложнее, ара же разумен и падок на деньги и постоянно вносит что-то новое что бы урвать деньги не выполнив работы
Раньше все ученые рвались в Дубну, чтобы увидеть как и где создается наука, а теперь науку сплавляют за бугор. Что мешало построить установку в той же Дубне и пусть немцы идут на поклон, заодно и выплачивая ее?! Нет, лучше подарить им идею и помочь построить конкурента, а потом ныть что нет у нас науки.
Наверх
Авторизация
He правильное имя пользователя или пароль
Войти через социальные сети
Регистрация
E-mail
Пароль
Подтверждение пароля
Введите код с картинки
He правильное имя пользователя или пароль
* Все поля обязательны к заполнению
Восстановление пароля
E-mail
Инструкции для восстановления пароля высланы на
Смена региона
Идет загрузка...
Произошла ошибка... Повторить
правила комментирования материалов

Регистрация пользователя в сервисе РИА Клуб на сайте Ria.Ru и авторизация на других сайтах медиагруппы МИА «Россия сегодня» при помощи аккаунта или аккаунтов пользователя в социальных сетях обозначает согласие с данными правилами.

Пользователь обязуется своими действиями не нарушать действующее законодательство Российской Федерации.

Пользователь обязуется высказываться уважительно по отношению к другим участникам дискуссии, читателям и лицам, фигурирующим в материалах.

Публикуются комментарии только на тех языках, на которых представлено основное содержание материала, под которым пользователь размещает комментарий.

На сайтах медиагруппы МИА «Россия сегодня» может осуществляться редактирование комментариев, в том числе и предварительное. Это означает, что модератор проверяет соответствие комментариев данным правилам после того, как комментарий был опубликован автором и стал доступен другим пользователям, а также до того, как комментарий стал доступен другим пользователям.

Комментарий пользователя будет удален, если он:

  • не соответствует тематике страницы;
  • пропагандирует ненависть, дискриминацию по расовому, этническому, половому, религиозному, социальному признакам, ущемляет права меньшинств;
  • нарушает права несовершеннолетних, причиняет им вред в любой форме;
  • содержит идеи экстремистского и террористического характера, призывает к насильственному изменению конституционного строя Российской Федерации;
  • содержит оскорбления, угрозы в адрес других пользователей, конкретных лиц или организаций, порочит честь и достоинство или подрывает их деловую репутацию;
  • содержит оскорбления или сообщения, выражающие неуважение в адрес МИА «Россия сегодня» или сотрудников агентства;
  • нарушает неприкосновенность частной жизни, распространяет персональные данные третьих лиц без их согласия, раскрывает тайну переписки;
  • содержит ссылки на сцены насилия, жестокого обращения с животными;
  • содержит информацию о способах суицида, подстрекает к самоубийству;
  • преследует коммерческие цели, содержит ненадлежащую рекламу, незаконную политическую рекламу или ссылки на другие сетевые ресурсы, содержащие такую информацию;
  • имеет непристойное содержание, содержит нецензурную лексику и её производные, а также намёки на употребление лексических единиц, подпадающих под это определение;
  • содержит спам, рекламирует распространение спама, сервисы массовой рассылки сообщений и ресурсы для заработка в интернете;
  • рекламирует употребление наркотических/психотропных препаратов, содержит информацию об их изготовлении и употреблении;
  • содержит ссылки на вирусы и вредоносное программное обеспечение;
  • является частью акции, при которой поступает большое количество комментариев с идентичным или схожим содержанием («флешмоб»);
  • автор злоупотребляет написанием большого количества малосодержательных сообщений, или смысл текста трудно либо невозможно уловить («флуд»);
  • автор нарушает сетевой этикет, проявляя формы агрессивного, издевательского и оскорбительного поведения («троллинг»);
  • автор проявляет неуважение к русскому языку, текст написан по-русски с использованием латиницы, целиком или преимущественно набран заглавными буквами или не разбит на предложения.

Пожалуйста, пишите грамотно — комментарии, в которых проявляется пренебрежение правилами и нормами русского языка, могут блокироваться вне зависимости от содержания.

Администрация имеет право без предупреждения заблокировать пользователю доступ к странице в случае систематического нарушения или однократного грубого нарушения участником правил комментирования.

Пользователь может инициировать восстановление своего доступа, написав письмо на адрес электронной почты moderator@rian.ru

В письме должны быть указаны:

  • Тема – восстановление доступа
  • Логин пользователя
  • Объяснения причин действий, которые были нарушением вышеперечисленных правил и повлекли за собой блокировку.

Если модераторы сочтут возможным восстановление доступа, то это будет сделано.

В случае повторного нарушения правил и повторной блокировки доступ пользователю не может быть восстановлен, блокировка в таком случае является полной.

Чтобы связаться с командой модераторов, используйте адрес электронной почты moderator@rian.ru или воспользуйтесь формой обратной связи.

Заявка на размещение пресс-релиза
Компания
Контактное лицо
Контактный телефон или E-mail
Комментарий
Введите код с картинки
Все поля обязательны к заполнению. Услуга предоставляется на коммерческой основе.
Заявка успешно отправлена