Результаты эксперимента подтверждают аномалию, которая указывает на новую элементарную частицу

Новые научные результаты подтверждают аномалию, замеченную в предыдущих экспериментах, которая может указывать на пока еще неподтвержденную новую элементарную частицу, стерильное нейтрино, или указывать на необходимость новой интерпретации аспекта стандартной модели физики, такого как поперечное сечение нейтрино, впервые измеренное 60 лет назад.

«Результаты очень интересны», — говорят ученые. «Это определенно подтверждает аномалию, которую мы видели в предыдущих экспериментах. Но что это означает, не очевидно. Сейчас есть противоречивые результаты о стерильных нейтрино. Если результаты показывают, что фундаментальная ядерная или атомная физика неправильно понимается, это тоже было бы очень интересно».

Почти в двух километрах под землей в Баксанской нейтринной обсерватории в горах Кавказа в России, эксперимент BEST использовал 26 облученных дисков хрома-51, синтетического радиоизотопа хрома и источника электронных нейтрино на 3,4 мегакюри, для облучения внутреннего и внешнего резервуара галлия, мягкого, серебристого металла, который также использовался в предыдущих экспериментах, хотя ранее в установке с одним резервуаром.

Реакция между электронными нейтрино от хрома 51 и галлия приводит к образованию изотопа германия 71.

Измеренная скорость производства германия-71 была на 20–24% ниже, чем ожидалось на основе теоретического моделирования. Это несоответствие соответствует аномалии, наблюдаемой в предыдущих экспериментах.

BEST основан на эксперименте с солнечными нейтрино, советско-американском эксперименте с галлием (SAGE). В этом эксперименте также использовались галлий и нейтринные источники высокой интенсивности.

Результаты этого и других экспериментов указывали на дефицит электронных нейтрино — расхождение между предсказанными и фактическими результатами, которое стало известно как «галлиевая аномалия». Интерпретация дефицита может быть свидетельством осцилляции между состояниями электронного нейтрино и стерильного нейтрино.

Та же аномалия повторилась в эксперименте BEST. Возможные объяснения снова включают колебание в стерильное нейтрино. Гипотетическая частица может составлять важную часть темной материи, предполагаемой формы материи, которая, как считается, составляет большую часть физической вселенной.

Однако эта интерпретация может потребовать дополнительной проверки, потому что измерения для каждого резервуара были примерно одинаковыми, хотя и ниже, чем ожидалось.

Другие объяснения аномалии включают возможность неправильного понимания теоретических входных данных для эксперимента — возможно, сама физика требует переработки.

Ученые указывают, что сечение электронного нейтрино никогда не измерялось при этих энергиях. Например, теоретический ввод для измерения поперечного сечения, который трудно подтвердить, — это плотность электронов на атомном ядре.

Методология эксперимента была тщательно пересмотрена, чтобы гарантировать отсутствие ошибок в аспектах исследования, таких как размещение источника излучения или работа системы подсчета.

Будущие итерации эксперимента, если они будут проведены, могут включать другой источник излучения с более высокой энергией, более длительным периодом полураспада и чувствительностью к более коротким длинам волн колебаний.

Исследование было опубликовано в Physical Review Letters.