Китайский ключ к разгадке антиматерии

Ряды похожих на мыльные пузыри радужных капель на стенах нейтринного детектора Дайя-Бей на самом деле являются выходами трубок фотоумножителей. Трубки имеют специально разработанную форму для лучшего усиления и регистрации слабых световых импульсов, возникающих при взаимодействии нейтрино и антинейтрино. Courtesy of Roy Kaltschmidt, Lawrence Berkeley National Laboratory

Шесть 80-тонных детекторов электронных антинейтрино и четыре крупнейших в мире атомных реакторов понадобилось, чтобы доказать возможность квантового перехода одного типа нейтрино в другой.

Об эксперименте на реакторе Дайя-Бей (Daya Bay) на юге Китая (в 50 км от Гонконга), в котором измерен последний неизвестный параметр, необходимый для понимания того, как три разных типа нейтрино превращаются друг в друга – знают лишь специалисты в физике элементарных частиц, но результаты этого эксперимента поистине мирового класса, о чем и свидетельствует их попадание в «десятку Science».

Детектор антинейтрино в процессе сборки – видны два внутренних цилиндра, а также трубки фотоумножителей вдоль внутреней стенки внешней обшивки. Crerdit: Kam-Biu Luk

В эксперименте участвовало шесть 80-тонных детекторов электронных антинейтрино, построенных на расстоянии 360—2 000 м от четырех крупнейших в мире атомных реакторов, каждый из которых производит около 3 ГВт электроэнергии и, как сопутствующий продукт ядерных реакций, около 1 021 антинейтрино в секунду. Эти детекторы были созданы благодаря коллаборации 280 исследователей из научно-исследовательских учреждений шести стран, в том числе из российского Объединенного института ядерных исследований (Дубна) и Института атомной энергии им. И. В. Курчатова (Москва), а также из 21 научного института Китая.

Детекторы установлены в трехкилометровых тоннелях, прорытых в близлежащих горах. Обработка данных, собранных лишь за первые девять недель работы эксперимента, показала, что в наиболее удаленные детекторы приходит на 7 % меньше антинейтрино, чем ожидалось. Причина этого явления – квантовый переход (осцилляция) одного типа нейтрино в другой. Столь большая величина эффекта указывает на возможную разницу в свойствах вещества и антивещества и может помочь объяснить, почему во Вселенной практически нет антиматерии.

Общий вид Дайя-Бей – здесь расположены четыре крупнейших в Китае атомных реактора. Credit: the Daya-Bay Nuclear Power Plant