Надежды на "четвёртое нейтрино" получили серьёзный удар: эксперимент MicroBooNE не увидел сигналов, которые указывали бы на существование стерильного нейтрино. Это важно, потому что именно такой частицей пытались объяснить странности, замеченные ранее в MiniBooNE и LSND.
Теперь круг возможных причин этих аномалий заметно сузился. Об этом сообщает журнал Nature.
Что искали и почему стерильное нейтрино так привлекало физиков
Нейтрино — одна из самых "скользких" частиц: она почти не взаимодействует с веществом, поэтому огромные потоки нейтрино проходят через Землю и через человека, практически не оставляя следов. На сегодня уверенно известны три типа нейтрино, которые могут осциллировать — то есть превращаться друг в друга по мере движения.
Идея стерильного нейтрино выглядела заманчиво как раз из-за старых экспериментальных несостыковок. Если бы существовал дополнительный тип, который почти не взаимодействует с обычной материей (в отличие от трёх известных), он мог бы "уводить" часть нейтрино в невидимый канал и тем самым менять наблюдаемую картину осцилляций.
Как MicroBooNE проверял гипотезу
Проект MicroBooNE работал в Национальной ускорительной лаборатории Ферми и использовал детектор на жидком аргоне типа LArTPC. Сильная сторона такой технологии — высокое разрешение: она позволяет детально разбирать события взаимодействия нейтрино и точнее отделять полезный сигнал от фоновых процессов.
Логика проверки была прямой: если стерильное нейтрино реально участвует в осцилляциях, это должно проявляться в данных как специфические отклонения от ожидаемой картины. Однако новые измерения не подтвердили наличие аномалий, которые можно было бы убедительно связать со "стерильным" сценарием. В результате авторы, в том числе группа из Университета Канзаса, пришли к выводу, что объяснение через стерильное нейтрино становится крайне маловероятным.
Сравнение MicroBooNE и экспериментов MiniBooNE и LSND
MiniBooNE и LSND стали известны тем, что сообщили о результатах, которые не очень хорошо укладывались в стандартное описание осцилляций трёх нейтрино. Именно поэтому в научном сообществе активно обсуждали идею "добавочного" нейтрино.
MicroBooNE отличался более детальным подходом к реконструкции событий благодаря LArTPC-детектору и был нацелен на прояснение природы тех самых "лишних" сигналов. Итог оказался неприятным для сторонников гипотезы: точные данные не подтвердили, что аномалия объясняется переходами в стерильное нейтрино, а значит, искать причину придётся в других направлениях.