Нейтрино и «новая физика»

Только что прошедшая 25-я Международная конференция по физике нейтрино и астрофизике (Киото, Япония, 3-9 июня 2012 года) в очередной раз подтверждает, что нейтрино является поистине уникальным объектом микромира. Несмотря на то, что 2012 год, по всей видимости, войдет в историю науки как год открытия хиггсовского бозона, нейтрино по-прежнему находится в центре внимания.

Не успела рассеяться «дымовая завеса», которая была спровоцирована объявлением на научном семинаре в ЦЕРНе (сентябрь 2011 года) о регистрации коллаборацией OPERA сверхсветового движения нейтрино и последовавшим за этим валом научных статей, выпущенных в том числе и рядом ведущих мировых авторитетов, как нейтрино вновь приковало к себе внимание широкой научной, да и не только, общественности.

В этот раз повышенный интерес к физике нейтрино связан с тем, что, похоже, удалось решить так называемую проблему нейтринного угла смешивания О13 («тета-один-три»). Сразу четыре международные экспериментальные коллаборации (находящаяся в Японии Т2К, французская Double Chooze, китайская Daya Bay и южно-корейская RENO) на конференции в Киото рапортовали об измерении третьего угол смешивания нейтрино О13.

Напомним вкратце, что за последние лет десять в исследованиях нейтрино достигнут впечатляющий прогресс благодаря тому, что удалось найти согласованное объяснение результатам экспериментов с атмосферными, солнечными, реакторными и ускорительными нейтрино на основе концепции смешивания и осцилляций различных типов нейтрино. Из факта существования смешивания и осцилляций нейтрино следует наличие у нейтрино ненулевой массы и несохранение лептонных чисел в процессах взаимодействия частиц с участием нейтрино. Открытие смешивания и осцилляций нейтрино является прямым указанием на существование «новой физики», то есть на необходимость выход за пределы Стандартной теории взаимодействий частиц, которая, если исключить из рассмотрения нейтрино, прекрасно описывает все другие элементарные частицы и их взаимодействия. В рамках Стандартной модели нейтрино является безмассовой частицей и смешивание между различными типами нейтрино отсутствует.

Объяснение экспериментальных данных в рамках концепции смешивания и осцилляций нейтрино позволяет получать ограничения на разности квадратов масс и углы смешивания нейтрино. Осцилляции между тремя поколениями нейтрино определяются шестью параметрами: тремя углами смешивания О12, О23 и О13, двумя независимыми значениями из трех разностей квадратов масс нейтрино (Оm213 = Оm212 + Оm223) и так называемой СР-нарушающей фазы ОCP.

Ограничения на пару значений параметров (О12, Оm212) следует из экспериментов по изучению осцилляций солнечных нейтрино (Хоумстейк, SAGE, GALLEX/GNO, Kamiokande, Super-Kamiokande, Borexino) и независимо подтверждаются результатами реакторного эксперимента KamLAND.

Изучение нейтринных осцилляций в экспериментах с атмосферными нейтрино (окончательное подтверждение существования осцилляций атмосферных нейтрино было сделано коллаборацией Super-Kamiokande в 1998 г.) позволяет получать ограничения на вторую пару параметров (О23, Оm223).

Важнейшим и в определенном смысле неожиданным в предсказаниях указанных выше четырёх коллабораций является тот факт, что измеренный угол смешивания нейтрино О13 достаточно большой. Это открывает прекрасные возможности для дальнейшего экспериментального изучения природы массы и смешивания нейтрино и наблюдения нарушения фундаментальной симметрии, которая, как считается в рамках Стандартной модели, должна сохраняться при любых взаимодействиях элементарных частиц — так называемой CP-cимметрии.

Таким образом, нейтрино продолжает играть ключевую роль в познании закономерностей строения нашего мира, открывая окно в «новую физику».

Прошедшая в Киото нейтринная конференция — юбилейная, 25-й по счету, в серии крупнейших международных научных форумов по данной тематике — собрала более 600 ученых со всего мира. В теоретической части научной программы конференции участие России было обеспечено тремя докладами, которые были представлены членами научной группы по теории нейтрино физического факультета МГУ.

Аспирант кафедры теоретической физики Алексей Лохов доложил о новых результатах исследования предложенного недавно в наших работах нового механизма электромагнитного излучения, возникающего при движении массивного нейтрино в плотных средах — так называемого «спинового света нейтрино» в веществе (в научной литературе закрепилось предложенное нами обозначение для данного явления — SLО — Spin Light of Neutrino). Как мы предсказываем, спиновый свет нейтрино может быть важным механизмом электромагнитного излучения в плотных астрофизических средах.

Аспирант кафедры теоретической физики Илья Токарев представил на конференции наши последние результаты по развитию теории осцилляций нейтрино в веществе, которое движется с ускорением. Такая постановка вопроса представляет большой интерес для описания прохождения нейтринных потоков при взрыве сверх новых звезд. Эффект влияния ускорения вещества на нейтринные осцилляции ранее никем не рассматривался.

Наконец, совместно с профессором Карло Джунти из университета Турина и только что успешно окончившим аспирантура кафедры теоретической физики Ильёй Баланцевым мы представили на конференции общий обзор по электромагнитным свойствам нейтрино (теория и соответствующие эксперименты).

Общее впечатление от путешествия в Японию, несмотря на достаточно утомительный многочасовой перелёт с пересадкой в Китае, положительное. Пребывание в Киото — древней столице империи — запомнилось благодаря доброжелательности жителей и громадным размерам и красоте буддийских храмов. Участие в конференции отмечено также гостеприимством организаторов, оказанное нам.

Со многими японскими учеными, в том числе организаторами конференции, и участниками конференции из других стран, занимающимися проблемами физики нейтрино, у нашей научной группы имеются давние связи. Многие из них не раз бывали на физическом факультете, выступали на Ломоносовских конференциях по физике элементарных частиц и на регулярно проводимых Школах для молодёжи по физике нейтрино и астрофизике.

На проходящей в текущем году на физическом факультете Международной школе по физике нейтрино и астрофизике уже прочитано 5 лекций. По плану в рамках школы в течение года будет прочитано порядка 20 лекций ведущими российскими и зарубежными специалистами по актуальным проблемам физики нейтрино и смежным вопросам. На завершающем этапе работы школы в осеннем семестре будет проведена «зачётная сессия» в формате круглого стола. Во время сессии все желающие и интересующиеся проблематикой школы молодые участники школы (студенты, аспиранты и молодые ученые) смогут встретиться с лекторами и организаторами школы, представить подготовленные ими по заранее предложенным организаторами школы темам рефераты или обзоры и, при желании, выступить с краткими докладами. Темы для «самостоятельной работы» участников школы разработаны организаторами школы и будут размещены на сейте физического факультета и Межрегионального центра фундаментальных исследований (www.icas.ru) до летнего отпускного периода (до середины июля). Всем участникам школы будут вручены соответствующие дипломы, подтверждающие участие в школе.

Приглашаем всех интересующихся физикой нейтрино и астрофизикой принять участие в работе школы и обращаться к нам по электронной почте studenik@srd.sinp.msu.ru (Александр Иванович Студеникин, тел.: 939-16-17, 9-903-751-74-57, комната 1-51, физический факультет). Предложения по вопросам организации и проведения школы также будут встречены с благодарностью.

Александр Студеникин, профессор кафедры теоретической физики, директор НОЦ «Лаборатория физики нейтрино и астрофизики имени Б.М. Понтекорво»