В ходе эксперимента NOvA в области физики нейтрино ученые наблюдали переход этих частиц из состояния мюона в состояние электрона. Это важный шаг в определении массы различных типов нейтрино, малоизученного компонента космологической модели вселенной.
Исследователи из Caltech в сотрудничестве с 39 другими организациями построили в северной Миннесоте детектор NOvA весом в 14 000 тонн и размером с две баскетбольных площадки. Первые результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Поскольку нейтрино редко взаимодействуют с материей, только один из 10 млрд нейтрино, проходящих через детектор, вступал в контакт с атомом. Для наблюдения за этим столкновением луч нейтрино бил каждые 1,3 секунды с расстояния 800 км из лаборатории Fermilab в Чикаго. Детектор сделан из 344 000 ячеек, каждый как пиксель в камере, наполненных жидким сцинтиллятором, химическим веществом, излучающим свет, когда сквозь него проходит электрически заряженная частица.
Когда нейтрино попадает в атом на поверхности этой жидкости, возникает струя частиц, электронов, мюонов или протонов. Проходя через ячейку, флюоресцентные вещества подсвечивают ее, что позволяет ученым отслеживать путь частиц после столкновения.
В результате было установлено, что далеко не все мюонные нейтрино сохранили свой вид после взаимодействия с атомом в детекторе. Из ожидаемых 201 мюонного нейтрино ученые зафиксировали всего 33, что позволило выдвинуть предположение о том, что остальные сменили вид. При этом были обнаружены 6 электронных нейтрино, хотя такое нейтрино должно было быть всего одно.
«Мы видим большой объем переходов, гораздо выше, чем необходимо, учитывая уровень наших знаний, — говорит Райан Паттерсон, руководитель команды ученых. — Эти первичные данные позволяют догадаться о спектре нейтринных масс».