Охота за стерильным нейтрино
В июле 2019 года Баксанская нейтринная обсерватория (БНО) Института ядерных исследований РАН (ИЯИ) приступила к проведению эксперимента BEST (Baksan Experiment on Sterile Transitions). Его цель — обнаружение так называемых стерильных нейтрино. Это эксперимент мирового уровня, который ИЯИ РАН готовил несколько лет совместно с НИЦ «Курчатовский институт», Росатомом и Объединённым институтом ядерных исследований в Дубне.
В настоящее время известны три типа нейтрино и соответственно антинейтрино: электронное, тау и мюонное, что соответствует трём видам лептонов. Важнейшее их свойство — способность периодически превращаться друг в друга — осциллировать. Впервые предположение о такой особенности этих частиц высказал академик Бруно Максимович Понтекорво ещё в 1957 году. Позднее оно подтвердилось экспериментально, что было удостоено Нобелевской премии по физике за 2015 год (см. статью «“Оборотни” микромира», «Наука и жизнь» № 11, 2015 г.).
Именно осцилляциями удалось объяснить многолетнюю загадку дефицита солнечных нейтрино, когда на Земле регистрировалось солнечных электронных нейтрино примерно в три раза меньше, чем предсказывает теория, описывающая термоядерные реакции в недрах Солнца. В исследованиях этой проблемы с 1990 года участвовала и БНО. Достоинство используемого в БНО нейтринного телескопа с мишенью из галлия заключается в его способности регистрировать низкоэнергичные нейтрино, которые как раз и рождаются в термоядерных реакциях, отвечающих за подавляющую часть энергии, излучаемой Солнцем.
В 1995 году физики из Лос-Аламосской национальной лаборатории (США) обнаружили нехватку нейтрино, рождающихся в реакторе. Они предположили, что, возможно, существует четвёртый тип нейтрино, который совершенно не взаимодействует с веществом. Эта частица, не участвующая ни в каких фундаментальных взаимодействиях и проявляющая себя только в осцилляциях нейтрино между собой, получила название «стерильное» нейтрино. Если другие нейтрино превращаются в стерильное, то обнаружить их невозможно, они как бы исчезают для исследователей.
Проблема в том, что надёжность лосаламосского эксперимента недостаточна для однозначного вывода о существовании стерильного нейтрино. А в последующих экспериментах, в том числе и в других лабораториях, физики так и не смогли обнаружить эту неуловимую частицу, хотя некоторые обнадёживающие данные получили как отечественные, так и зарубежные исследователи. Поиск стерильного нейтрино в настоящее время активно ведётся в крупнейших лабораториях мира, к которым теперь присоединилась и российская БНО.
Нейтрино очень слабо взаимодействует с веществом, благодаря чему способно добраться до нас из глубин космоса и недр звёзд, неся важнейшую информацию о происходящих там процессах. Геофизики планируют изучать недра Земли, регистрируя нейтрино, рождающиеся там в радиоактивных распадах ядер. Детекторы, фиксирующие нейтрино, вылетающие из ядерных реакторов на АЭС, дают дополнительную информацию о протекании ядерной реакции. Но чтобы это всё работало достоверно, необходимо знать, переходят ли известные нейтрино в четвёртое, стерильное состояние.