Почему мы существуем? Нейтрино разгадали величайший парадокс космоса — как материя выжила в битве с антиматерией после Большого взрыва

Американские и японские физики объединили результаты двух масштабных экспериментов — NOvA и T2K — и получили наиболее точные данные о поведении нейтрино, субатомных частиц, которые почти не взаимодействуют с веществом. Эти невидимые «путешественники» проходят сквозь планеты и звёзды, не оставляя даже следа, и при этом играют важную роль в понимании происхождения материи во Вселенной и причин её превосходства над антиматерией.

Нейтрино уникальны своей неуловимостью: каждую секунду через каждого человека пролетают миллиарды таких частиц, и почти все они остаются незамеченными. Учёные считают, что особенности этих элементарных объектов могут объяснить, почему после Большого взрыва материя не уничтожилась при столкновении с антиматерией. Чтобы прояснить закономерности, исследователи сопоставили данные экспериментов, выполненных на разных континентах, и получили единое представление о том, как частицы меняют внутреннее состояние при движении через пространство.

В физике различают три вида нейтрино — электронное, мюонное и тау. Каждое способно превращаться в другое, преодолевая колоссальные расстояния. Такое превращение называют осцилляцией нейтрино. Учёные определяют разновидности частиц как «вкусы» и исследуют, как они переходят один в другой. Это наблюдение помогает понять, какую роль нейтрино сыграли в развитии космоса. Исследователи подчёркивают, что переменчивость делает их особенно интересными: частица, испущенная как один тип, может достичь детектора уже в совершенно ином состоянии.

Для анализа использовались две самые чувствительные установки в мире. Американская NOvA, созданная при поддержке Министерства энергетики США на базе Fermilab, направляет поток мюонных нейтрино из Иллинойса в детектор, расположенный в Миннесоте. Установка состоит из 344 тысяч ячеек длиной около 15 метров, наполненных смесью минерального масла и веществ, испускающих свет при прохождении заряжённых частиц. Когда нейтрино сталкивается с ядром атома, возникает поток вторичных частиц, оставляющих яркие следы. По этим световым вспышкам исследователи восстанавливают путь и состояние частиц, оценивая, как изменились их характеристики во время полёта.

Одновременно в Японии функционирует проект T2K, в рамках которого поток мюонных нейтрино из посёлка Токай направляется в детектор Super-Kamiokande, расположенный в глубине горного массива Камиока. Его назначение — наблюдать, как нейтрино меняют «вкус» во время прохождения через толщу земных пород. Хотя обе установки изучают один и тот же процесс, они различаются расстоянием между источником и детектором, энергией частиц и методами фиксации сигналов. Сопоставление данных позволило получить более полную картину осцилляций и проверить, существует ли различие в поведении нейтрино и их антиподов — антинейтрино.

Такое отличие, называемое нарушением CP-симметрии, как раз может объяснить, почему материя после Большого взрыва не была полностью уничтожена антиматерией. Совместный анализ показал, что разница в архитектуре установок не мешает интерпретации, а напротив, позволяет рассматривать явление под разными углами: объединённая база данных раскрывает закономерности, которые невозможно было заметить в рамках одного эксперимента.

Хотя исследование пока не даёт окончательного объяснения, оно значительно расширяет представление о свойствах этих частиц. Результаты создают надёжную основу для будущих наблюдений, где будут применяться ещё более мощные установки. В США строится DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment), а в Японии идёт подготовка проекта Hyper-Kamiokande. Новые детекторы смогут отслеживать осцилляции на больших дистанциях и фиксировать мельчайшие изменения энергетических состояний.

Изучение нейтрино важно не только для фундаментальной науки, но и для понимания самого происхождения космоса. Подобные эксперименты помогают восстановить цепочку событий, из которых возникла структура Вселенной, и проследить, как из крошечных частиц и незримых процессов сформировался наблюдаемый мир.