Большой коллектив российских ученых провел один из самых чувствительных в мире экспериментов по поиску дополнительных измерений Вселенной. Об этом рассказали в пресс-службе Московского физико-технического института.
В исследовании приняли участие исследователи как самого МФТИ, так и таких ведущих научных центров, как Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН, Объединенный институт ядерных исследований, Курчатовский институт и Институт ядерных исследований РАН.
С помощью уникального детектора DANSS, расположенного в непосредственной близости от энергетического ядерного реактора на Калининской АЭС, физики проанализировали рекордные 5,8 млн событий взаимодействия антинейтрино.
Хотя прямого подтверждения существования «скрытых миров» не найдено, полученные результаты установили самые жесткие на сегодняшний день ограничения на их возможные параметры и с высокой долей уверенности исключили гипотезу о дополнительных измерениях как объяснение многолетних загадок в физике нейтрино. Результаты опубликованы в журнале JETP Letters.
Что искали ученые
Стандартная модель, описывающая устройство Вселенной, содержит несколько больших пробелов. Например, она не включает гравитацию. Еще одним ее изъяном является проблема иерархии — колоссальный разрыв между силой гравитационного взаимодействия и тремя другими фундаментальными силами.
Ломая голову над решением этой проблемы, физики-теоретики предположили, что Вселенная может быть многомерной, а мы просто живем на трехмерной «мембране» или «бране», погруженной в пространство с большим числом измерений. В таких моделях гравитация кажется слабой лишь потому, что ее сила «растекается» по всем измерениям, в то время как остальные взаимодействия заперты в нашем трехмерном мире.
Гипотеза модели больших дополнительных измерений (LED: Large Extra Dimensions) имеет следствие для нейтрино. Предполагается, что они, в отличие от других элементарных частиц, могут «просачиваться» (осциллировать) в эти скрытые измерения, становясь невидимыми для детекторов. Таким образом, наблюдая за потоком нейтрино от мощного источника, теоретически можно было бы зафиксировать их аномальное исчезновение.
Модель LED могла бы объяснить две аномалии, известные уже несколько десятилетий:
- реакторная антинейтринная аномалия (дефицит антинейтрино, наблюдаемый от ядерных реакторов по всему миру);
- галлиевая аномалия (аналогичный дефицит в экспериментах с радиоактивными источниками).
Что это за детектор
Название эксперимента DANSS расшифровывается как «детектор антинейтрино на основе твердотельного сцинтиллятора» (Detector of the reactor AntiNeutrino based on Solid Scintillator). Это компактный куб объемом 1 куб. м, состоящий из 2 500 сцинтилляционных счетчиков, способных регистрировать вспышки света от взаимодействия антинейтрино.
Детектор уникален тем, что находится прямо под ядром энергетического реактора ВВЭР-1000 тепловой мощностью 3 ГВт, что обеспечивает колоссальный поток антинейтрино и позволяет регистрировать в детекторе DANSS до 5 тыс. событий в день. Детектор установлен на подвижной платформе, что позволяет менять расстояние до центра активной зоны реактора от 10,9 до 12,9 м.
Измеряя спектр антинейтрино в разных точках и находя отношение этих спектров, ученые смогли почти полностью исключить систематические погрешности, связанные с неопределенностью в исходном потоке частиц от реактора.
Что показало исследование
Ученые проанализировали данные, собранные детектором с 2016 по 2024 год, и не обнаружили никаких статистически значимых признаков осцилляций нейтрино в дополнительные измерения. Данные четко укладываются в стандартную картину трехмерного мира без «порталов» для нейтрино.
В физике отрицательный результат часто бывает не менее важен, чем открытие. Не обнаружив искомого явления, ученые смогли с беспрецедентной точностью очертить «запретную зону» для параметров гипотетической модели — размера дополнительного измерения и массы самого легкого нейтрино.
Наш эксперимент — это как прослушивание очень слабого сигнала на фоне сильного шума. Мы использовали уникальное расположение и конструкцию детектора DANSS, чтобы максимально этот шум подавить. Хотя мы и не обнаружили прямого сигнала от «убегающих» в иные измерения нейтрино, мы смогли с беспрецедентной точностью сказать, где именно их точно нет. Мы значительно сузили «карту поисков» для новой физики, закрыв большую часть параметров, которыми ранее пытались объяснить аномалии. В науке такой результат чрезвычайно важен, поскольку он отсекает неверные пути и позволяет сконцентрировать усилия на более перспективных теориях.
Полученные в ходе исследования ограничения имеют важное значение для мировой теоретической физики. В частности, они с уровнем достоверности более 99% показывают, что аномалии, связанные с антинейтрино, нельзя объяснить одной простой теорией о «параллельных мирах». Результат указывает на то, что, скорее всего, причина аномалий кроется в более прозаических вещах — например, в неточностях моделей ядерных процессов внутри реактора.
Ранее Наука Mail рассказывала, что российские физики проверили асимметрию материи и антиматерии.
