Нейтрино делятся на три типа: электронные, мюонные и тау-нейтрино; эти типы способны «превращаться» друг в друга — осциллировать. Артур Макдональд и Такааки Кадзита в 2015 году удостоились Нобелевской премии по физике как раз «за доказательство нейтринных осцилляций и того факта, что у нейтрино есть масса», поскольку существование осцилляций возможно, только если эти частицы не безмассовые, как долго считалось.

В начале ноября комитет Breakthrough Prize также присудил премию по физике за нейтринные осцилляции, только уже гораздо большему числу исследователей. Ее получили более 1300 человек, задействованных в пяти экспериментах по всему миру, в том числе сотрудники ИЯИ РАН.

— Чем так интересны нейтринные осцилляции, что за них дают самые престижные научные премии?

— Есть загадочная вещь — барионная асимметрия Вселенной. Мы живем в мире, состоящем из материи, и в нем практически нет антиматерии. Так получилось потому, что в момент Большого взрыва по какой-то причине вещества оказалось чуть больше, чем антивещества. Вещество аннигилировало с антивеществом, а из остатков образовалась Вселенная. Почему так, мы не понимаем, и Стандартная модель, теория, которая описывает все известные элементарные частицы, ответов не дает.

Еще один момент — темная материя. Большую часть массы Вселенной составляет темная материя, но из чего она состоит, мы также не знаем. Известные нам частицы и их свойства не позволяют ее описать.

Изображение, составленное из снимков телескопа «Хаббл», показывает кольцо темной материи в галактическом скоплении Cl 0024+17. Напрямую увидеть темную материю нельзя, но ее гравитация искажает свет находящихся за ней галактик, и поэтому ее можно обнаружить

Ключевой момент исследований, за которые дали премии, в том, что наличие нейтринных осцилляций противоречит постулатам Стандартной модели. Таким образом, открытие осцилляций нейтрино фактически есть открытие новой физики, которая выходит за рамки Стандартной модели. Это серьезный прорыв в физике элементарных частиц.

В Стандартную модель не укладывается существование массы нейтрино. Чтобы ее объяснить, ученые придумывают разные механизмы. Один из самых популярных в настоящее время — «механизм качелей» — пытается объяснить массу нейтрино существованием других, тяжелых, видов нейтрино, которые, возможно, существовали на ранних стадиях развития Вселенной, и именно из-за асимметрии в их распадах образовалась барионная асимметрия.

Еще любопытно, что нейтрино обладают очень маленькой массой. Точно мы ее не знаем, но она не превышает 2 электронвольт. Это ограничение получено у нас в Институте ядерных исследований. Скорее всего, масса еще меньше — менее 0,1 электронвольта. Для сравнения: масса протона — 1 гигаэлектронвольт. Разница составляет более 10 порядков.