Китайский нейтринный детектор JUNO представил первые крупные научные результаты
Крупнейший китайский подземный детектор нейтрино JUNO (Jiangmen Underground Neutrino Observatory) представил первые значимые научные результаты, продемонстрировав самые точные на сегодняшний день измерения нейтринных осцилляций. Всего через два месяца после начала сбора данных установка позволила получить более детальное представление о том, как эти трудноуловимые элементарные частицы меняют свои свойства во время движения через пространство. В перспективе новые данные могут помочь ученым разобраться в фундаментальных вопросах современной физики, включая загадку асимметрии между материей и антиматерией.
Нейтрино являются одними из самых распространенных частиц во Вселенной. Они крайне слабо взаимодействуют с веществом и обладают чрезвычайно малой массой. Каждый день через тело человека проходят миллиарды нейтрино, практически не оставляя следов своего присутствия. Долгое время физики даже предполагали, что эти частицы вообще не имеют массы.
Однако открытие нейтринных осцилляций показало, что масса у них все же есть. Осцилляция означает, что нейтрино способно самопроизвольно менять свой тип, или «аромат», во время движения. Существует три разновидности нейтрино: электронное, мюонное и тау-нейтрино. Например, электронное нейтрино, рожденное в недрах Солнца, может превратиться в мюонное еще до достижения Земли. Такое поведение связано с тем, что различные массовые состояния нейтрино эволюционируют по-разному в процессе распространения.
Несмотря на важность этого явления, его чрезвычайно трудно изучать экспериментально. Одним из ключевых нерешенных вопросов остается так называемая иерархия масс нейтрино — порядок расположения их массовых состояний. Именно для решения этой задачи был построен детектор JUNO, предназначенный для регистрации электронных антинейтрино, возникающих в результате распада продуктов деления на атомных электростанциях.
Проект JUNO представляет собой международное сотрудничество под руководством Института физики высоких энергий Китайской академии наук. В нем участвуют более 700 исследователей из 75 научных организаций, расположенных в 17 странах и регионах мира.
Основу установки составляет гигантский сферический резервуар, заполненный 20 тысячами тонн сверхчистого жидкого сцинтиллятора. Это специальное вещество испускает вспышки света при взаимодействии с нейтрино. Детектор расположен на глубине около 700 метров под землей, что позволяет существенно снизить влияние космического излучения. Десятки тысяч фотосенсоров фиксируют слабые световые сигналы, возникающие при столкновениях антинейтрино, поступающих от двух расположенных поблизости атомных электростанций.
Для первого анализа ученые использовали данные, собранные в период с 26 августа по 2 ноября 2025 года. После исключения времени технических остановок исследование охватило 59 дней эффективных наблюдений.
Полученные результаты показали, что JUNO способен измерять энергию нейтрино с точностью около 3 % при энергии 1 МэВ. По словам исследователей, это лучший показатель, достигнутый на сегодняшний день в подобных экспериментах. Анализ также подтвердил, что среди трех типов нейтрино два обладают близкими массами, тогда как третье массовое состояние заметно отличается. Однако определить, какое именно состояние является самым тяжелым или самым легким, пока не удалось.
Руководитель проекта и официальный представитель коллаборации JUNO Ван Ифан отметил, что достижение столь высокой точности всего за два месяца работы свидетельствует о том, что установка функционирует в полном соответствии с расчетами. По его словам, такой уровень чувствительности позволит в ближайшем будущем определить порядок масс нейтрино, провести строгую проверку трехароматной модели осцилляций и искать проявления новой физики за пределами существующих теорий.
Соавтор исследования Лянцзянь Вэнь также отметил, что новые данные демонстрируют потенциал детектора для регистрации еще более тонких эффектов, которые помогут точнее установить связь между ароматами нейтрино и их массовыми состояниями.
В дальнейшем JUNO будет изучать не только антинейтрино от ядерных реакторов, но и нейтрино, поступающие от Солнца, атмосферы Земли, вспышек сверхновых звезд и даже из недр нашей планеты. Ученые рассчитывают, что эти наблюдения помогут получить новые сведения об асимметрии материи и антиматерии, а также обнаружить признаки физики, выходящей за рамки современной Стандартной модели элементарных частиц.
Исследование в журнале Nature.