Американські фізики продемонстрували механічний датчик, який допоможе в пошуках стерильних нейтрино — гіпотетичної елементарної частинки. Зафіксувати стерильне нейтрино допоможе скляна наночастинка, яка левітуватиме в оптичній пастці і зможе потрапити під вплив народжених у радіоактивному розпаді нейтрино. За словами вчених, чутливість такого датчика дозволить знайти стерильні нейтрино у діапазоні мас від кіло- до мегалектронвольт. Дослідження опубліковане у журналі PRX Quantum.
Ілюстрація бета-розпаду в наносфері, під час якого на неї може вплинути імпульс від стерильного нейтрино. Daniel Carney et al. / PRX Quantum, 2023
👋 Підпишіться на наш телеграм-канал!
Що таке стерильне нейтрино?
Стандартна модель сьогодні найкраще описує фундаментальні частинки та взаємодії між ними, однак астрофізичні та експериментальні свідчать, що вона все ж неповна. Зокрема Стандартній моделі не вдається пояснити масу нейтрино — нейтральних частинок, які належать до лептонів, та беруть участь лише у слабкій і гравітаційній взаємодіях —, яку виявили експерименти. Причому проблеми переживає і розширення Стандартної моделі, яке описує три типи або аромати нейтрино: електронне нейтрино, мюонне нейтрино і тау-нейтрино, що слабко взаємодіють між собою. Експериментальні дані передбачають, що має існувати ще одне нейтрино — стерильне —, яке не бере участі в жодній взаємодії, але проявляє себе у взаємодії трьох інших нейтрино.
Пошуками стерильних нейтрино зараз активно займається багато експериментів, і фізики з університетів США запропонували свій підхід — за допомогою оптичної левітації.
Як шукати стерильні нейтрино?
У своєму дослідженні вчені випробовували можливість виявити нейтрино у радіоактивному бета-розпаді. Їхня ідея полягає в тому, щоб помістити ізотопи аргону-37 у кварцеву наночастинку діаметром у 100 нанометрів, яка левітуватиме під дією оптичного пінцета. Більше про роботу оптичного пінцета ми розповідали у новині про маніпуляції окремими атомами з його допомогою.
Частинка слугуватиме механічним датчиком для важких стерильних нейтрино, отримуючи від народженого у ході розпаду ядер нейтрино імпульс. Віддача частинки, яку можна з високою точністю оцінити, складатиме загальний імпульс всіх випущених у ході розпаду частинок, за якими можна реконструювати потрібний від нейтрино.
Схема запропонованого фізиками експерименту з наносферою в оточенні детекторів. Daniel Carney et al. / PRX Quantum, 2023
Моделюючи свій експеримент, вчені з'ясували, що така установка буде чутлива до діапазону мас від кіло- до мегалектронвольта Моніторинг всього однією такої частинки протягом місяця дозволить зібрати достатньо даних, які б були статистично значущими для виявлення стерильного нейтрино.
Раніше ми розповідали, як стерильні нейтрино шукали за допомогою 170-тонного аргонового детектора MicroBooNE. Втім, безрезультатно — за три роки роботи фізики не знайшли слідів теоретичних частинок.