Эксперимент MicroBooNE пока не наблюдает лёгких стерильных нейтрино

Понедельник, 07 ноября 2022

В октябре 2022 года эксперимент MicroBooNE, который проводится в Лаборатории им. Э. Ферми (США), представил новую работу, посвященную поиску осцилляций, связанных с существованием лёгкого стерильного нейтрино. Признаков таких осцилляций не наблюдается. Однако, пока чувствительность MicroBooNE не позволяет исключить всю область параметров стерильного нейтрино, определенных в эксперименте НЕЙТРИНО-4.

Мы не раз писали про работы по поиску стерильного нейтрино. Напомним, что в эксперименте НЕЙТРИНО-4, выполненном сотрудниками НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ под руководством А.П. Сереброва, обнаружено указание на осцилляции реакторных нейтрино на относительно малых расстояниях. Это интерпретируется как указание на существование дополнительного (стерильного) нейтрино.

Очевидно, столь смелые результаты должны проверяться независимыми экспериментальными группами. Лучше всего, если проверка будет вестись при помощи других экспериментальных методов. Методы поиска разделяются на три категории:

  1. поиск осцилляций реакторных нейтрино;
  2. методы с использованием искусственных нейтринных источников;
  3. поиск осцилляций мюонных нейтрино на короткой пролётной базе.

Статус проверок в каждой категории различен.

1. Реакторные нейтрино.

Реакторные эксперименты пока не могут исключить область параметров стерильного нейтрино, полученную в эксперименте НЕЙТРИНО-4. В этом можно убедиться, ознакомившись с работами экспериментов PROSPECT, STEREO, DANSS и NEOS. Ближе всего по чувствительности к эксперименту НЕЙТРИНО-4 подобрались измерения DANSS, выполненные на Калининской АЭС в России. Его последние (пока еще предварительные) результаты были представлены на конференции ICHEP-2022. Исключенная на уровне доверительной вероятности 90% область параметров стерильного нейтрино пока не включает центральное значение, полученное группой А.П. Сереброва. После модернизации установки планируется значительно повысить чувствительность этого эксперимента.

2. Искусственные нейтринные источники.

Эксперимент с использованием искусственного нейтринного источника 51Cr был выполнен коллаборацией BEST (Baksan Experiment on Sterile Transitions) в Баксанской нейтринной обсерватории и подтвердил эффект так называемой галлиевой аномалии, что является косвенным подтверждением результата эксперимента НЕЙТРИНО-4. Данные находятся в согласии со значением амплитуды осцилляций в эксперименте НЕЙТРИНО-4. Важно отметить, что результаты экспериментов НЕЙТРИНО-4 и BEST подтверждают гипотезу о существовании стерильного нейтрино на уровне достоверности 5σ.

3. Мюонные нейтрино на короткой пролетной базе.

Лидером по поиску осцилляций мюонных нейтрино на короткой пролётной базе является лаборатория им. Э. Ферми (США). Там запланирована целая серия экспериментов такого типа. Недавно, один из них, MicroBooNE, представил новые результаты. Одновременно измерялись вероятность исчезновения мюонных нейтрино и вероятность появления электронных нейтрино.

Основной результат MicroBooNE в области параметров стерильных нейтрино близкой к параметрам, полученным НЕЙТРИНО-4 приведён на рисунке 1. Видно, что MicroBooNE приблизился к интересующей всех области параметров и даже исключил её некоторую часть.

Таким образом экспериментальная проверка результатов НЕЙТРИНО-4 идет полным ходом.

Теги
фгбу пияф им. Б. П. Константинова Национальный исследовательский центр Курчатовский институт