Стерильное нейтрино - NiNa.Az

Нейтринная минимальная стандартная модель (англ. The Neutrino Minimal Standard Model; также используются сокращения νMSM или nuMSM) представляет собой расширение Стандартной модели физики элементарных частиц путём добавления трёх (по числу поколений) правых стерильных (не участвующих в слабых взаимодействиях) нейтрино с массами, не превышающими электрослабого масштаба энергий. Модель была впервые предложена в 2005 году в работе Такэхико Асаки (яп. 淺賀 岳彦 Asaka Takehiko) и Михаила Евгеньевича Шапошникова. В данной модели в рамках единого подхода возможно получить разрешение проблем нейтринных осцилляций, тёмной материи и барионной асимметрии Вселенной.

Поиск лёгких стерильных нейтрино

Результаты экспериментов по изучению нейтринных осцилляций в целом хорошо описываются схемой с тремя слабовзаимодействующими нейтрино. Однако несколько так называемых нейтринных аномалий не находят объяснения в рамках такого подхода и, возможно, указывают на существование по крайней мере ещё одного, дополнительного, нейтринного состояния (стерильного нейтрино) с массой ~ 1 эВ.

1. В нейтринном эксперименте с короткой базой LSND (^[англ.]), в котором исследовалось смешивание мюонных антинейтрино и электронных антинейтрино в результате осцилляций, был обнаружен избыток электронных антинейтрино на уровне 3,8σ для величины отношения базы эксперимента L к энергии нейтрино E/L ~ 1 эВ². Проверка этого эффекта проводилась в эксперименте MiniBooNE (англ. Mini Booster Neutrino Experiment) (Иллинойс, США), результаты которого в целом согласовались с результатом LSND, однако достигнутая в MiniBooNE чувствительность не позволила однозначно подтвердить или опровергнуть результат LSND.
2. При измерениях с искусственными источниками нейтрино в экспериментах SAGE (Soviet-American Gallium Experiment на Баксанской нейтринной обсерватории) и GALLEX (Gallium Experiment в Национальной лаборатории Гран-Сассо) число зарегистрированных событий оказалось меньше ожидаемого. Статистическая значимость эффекта ("галлиевая аномалия”) составила около 2,9σ. Этот дефицит также может быть объяснён осцилляциями между электронным нейтрино и стерильным нейтрино с Δm² ~ 1 эВ².
3. В результате новой оценки потока антинейтрино от реакторов получено, что величина этого потока примерно на 3 % больше предыдущего значения, используемого в течение длительного времени в реакторных экспериментах. Это привело к тому, что потоки нейтрино, измеренные в разных экспериментах на расстояниях ≤ 100 м от активной зоны реактора, оказались меньше потоков, определённых для этих расстояний на основе работы. Такое расхождение между предсказанным и измеренным потоками антинейтрино могло бы быть объяснено исчезновением антинейтрино из-за осцилляций с Δm² ~ 1 эВ². Этот эффект, статистическая значимость которого составила 2,8σ, получил название "реакторная аномалия". Но дальнейшие эксперименты подставили под сомнение данный эффект.
4. Новый нейтринный эксперимент BEST (англ. Baksan Experiment on Sterile Transitions), начатый в 2019 году на Баксанской нейтринной обсерватории и направленный на обнаружение предполагаемых нейтринных осцилляций между электронными и стерильными нейтрино по предварительным результатам подтверждает эффект. По состоянию на осень 2021 года со статистической достоверностью приближающейся к 4σ.
5. Эксперимент Neutrino-4, начатый в 2014 году с моделью детектора и продолженный с полномасштабным детектором в 2016–2021 годах, получил результат прямого наблюдения эффекта осцилляций в области параметров Δm2
   14 = (7.3 ± 0.13_st ± 1.16_syst) эВ² and sin²2θ₁₄ = 0.36 ± 0.12_stat (2.9σ).

Примечания

1. T. Asaka and M. Shaposhnikov. The νMSM, Dark Matter and Baryon Asymmetry of the Universe (англ.) // Physics Letters B : journal. — 2005. — Vol. 620, no. 1—2. — P. 17—26. — doi:10.1016/j.physletb.2005.06.020.
2. Д. С. Горбунов, Стерильные нейтрино и их роль в физике частиц и космологии Архивная копия от 20 сентября 2015 на Wayback Machine // Успехи физических наук, 184:5 (2014), 545—554
3. Юрий Григорьевич Куденко. Осцилляции нейтрино: последние результаты и ближайшие перспективы (рус.) // Успехи физических наук. — 2018-08-01. — Т. 188, вып. 8. — С. 821–830. — ISSN 0042-1294. — doi:10.3367/ufnr.2017.12.038271. Архивировано 8 октября 2020 года.
4. Aguilar A et al. LSND Collab. (англ.) // Phys. Rev.. — 2001.
5. A. A. Aguilar-Arevalo. Addendum to the MiniBooNE Run Plab. MinneBooNE Physics in 2006. — Office of Scientific and Technical Information (OSTI), 2004-11-02.
6. Abdurashitov J N et al. Phys. Rev. // Phys. Rev.. — Т. 73.
7. W. Hampel. Erste Sonnenneutrino-Messung durch GALLEX // Physik Journal. — 1992-11. — Т. 48, вып. 11. — С. 901–905. — ISSN 0031-9279. — doi:10.1002/phbl.19920481107.
8. Brief Mention // American Literature. — 2011-01-01. — Т. 83, вып. 4. — С. 885–888. — ISSN 1527-2117 0002-9831, 1527-2117. — doi:10.1215/00029831-1437342.
9. Достоверность существования стерильных нейтрино увеличили на одно стандартное отклонение  (рус.). N+ (12 октября 2021). Дата обращения: 12 октября 2021. Архивировано 12 октября 2021 года.
10. A.P. Serebrov; et al. (2014). On the Possibility of Performing an Experiment in the Search for a Sterile Neutrino. Technical Physics Letters. 40: 456–459. doi:10.1134/S106378501406011X.
11. A.P. Serebrov; et al. (2022). The Experiment Neutrino-4 on the Search for Sterile Neutrino at SM-3 Reactor. Moscow University Physics Bulletin. 77: 401–406. doi:10.3103/S0027134922020904.

Ссылки

• Алексей Понятов Начато формирование коллаборации для поиска скрытых частиц // Портал журнала «Наука и жизнь» :: Новости науки и техники, 5 июля 2014
• Михаил Шапошников Neutrino Minimal Standard Model // ScienceWISE (англ.)
• Mikhail Shaposhnikov (2011) New Physics without New Energy Scale // Physics Beyond the Standard Models of Particles, Cosmology and Astrophysics: pp. 219—228. DOI: 10.1142/9789814340861_0021 (англ.)