Могут ли нейтрино быть быстрее света? Ответ даст KATRIN

Результаты ряда экспериментов указывают на то, что элементарная частица – нейтрино может двигаться со скоростью большей, чем скорость света.

В научных кругах не прекращаются споры по поводу существования частиц, способных перемещаться быстрее скорости света. В 2011 году появилась сенсационная новость о том, что для нейтрино зафиксирована скорость, превышающая скорость света. Такое открытие опровергло бы основные постулаты специальной теории относительности и перевернуло бы современные представление об устройстве вселенной. Физики всего мира усомнились в полученном результате и принялись перепроверять эксперимент. И действительно, причиной «открытия» оказался один плохо прикрученный кабель. Фундамент теоретической физики в тот момент устоял, однако это не остановило исследователей, которые не оставляют попыток отыскать факты, которые не объяснялись бы современной теорией.

В настоящее время большинство наблюдаемых явлений в физике элементарных частиц успешно описывает теория, которую называют Стандартная модель. Однако есть ряд проблем, которые эта модель пока что не в состоянии решить. Одна из них связана с такими элементарными частицами, как нейтрино. Эти частицы двигаются со скоростью света и чрезвычайно слабо взаимодействуют с веществом, поэтому для их регистрации приходится идти на невероятные ухищрения. Хотя Землю пронзают насквозь миллиарды нейтрино, чтобы их зафиксировать, специальные чувствительные детекторы приходится погружать глубоко под поверхность Земли. Например, в озере Байкал на глубине более километра находится Байкальский нейтринный телескоп, фиксирующий нейтрино высоких и сверхвысоких энергий. Согласно Стандартной модели нейтрино не имеет массы, однако экспериментальные наблюдения говорят об обратном.

В середине прошлого века теоретики высказали гипотезу о существовании частиц, движущихся быстрее скорости света, – тахионов. Несмотря на то, что до сих существование таких частиц экспериментально не обнаружено, некоторые исследователи считают, что нейтрино подходят на эту роль. Роберт Эрлих (Robert Ehrlich) из университета Джорджа Мэйсона, изучив данные шести различных экспериментов, сделал вывод, что предположение о сверхсветовом характере нейтрино объясняет результаты ряда наблюдений.

 Гипотеза, что нейтрино представляет собой тахион, влечет одно необычное следствие: масса частицы должны быть мнимой величиной. (Мнимые числа широко используются в физике: если возвести мнимую единицу в квадрат, то получится минус один). Интересное свойство частиц с мнимой массой – потеря энергии при ускорении. Если сравнить с классическим движением тел, то получается парадокс: частица ведет себя с точностью до наоборот, и чтобы разогнать такой «нейтринный шарик», нужно отнять у него энергию.  

 Проверить выдвинутую гипотезу помогут результаты, которые планируется получить в ходе эксперимента KATRIN (KArlsruhe TRItium Neutrino). Группа, состоящая из более чем 150 исследователей из Германии, Великобритании, России, Чехии и Соединенных Штатов, планирует изучить β-распада трития, чтобы наиболее точно определить массу нейтрино.

Распад ядра трития приводит к высвобождению электрона и анти-нейтрино. Нейтрино не детектируется, а электроны начинают свой путь к детектору. Электроны направляются к детектору с помощью магнитных полей, а осколки деления ядер откачиваются, чтобы не создавать фон на спектрометре. Энергия электронов анализируется с помощью наложенного электростатического поля. Только электроны с определенной энергией смогут пройти сквозь спектрометр. В конце устройства электроны регистрируются на детекторе. Изменяя потенциал спектрометра, можно получить полный спектр энергий излученных в ходе распада ядер трития электронов, а по форме спектра - оценить массу нейтрино. 

 В кампусе Технологического университета Карлсруэ (Karlsruhe Institute for Technology, Германия) монтируется экспериментальное оборудование, включающее источник трития и спектрометр высокого разрешения. Диаметр спектрометра составляет 10 метров, а общая длина установки – 70 метров. Старт эксперимента намечен на 2015 год.