Солнечные нейтрино — крошечные частицы, рождающиеся в недрах Солнца каждую секунду триллионами. Они проходят сквозь Землю, почти не замечая её, и долгое время считались абсолютно стабильными. Но, возможно, и они способны «стареть» — незаметно распадаться, исчезая по пути к нам. Проверить это взялись физики, работающие с детекторами тёмной материи.
В их распоряжении оказались три гигантские установки: XENONnT, PandaX-4T и LUX-ZEPLIN. Каждая из них — это несколько тонн жидкого ксенона глубоко под землёй, защищённых от космических лучей. Их главная задача — ловить гипотетические частицы тёмной материи. Но сверхчувствительные приборы регистрируют и редкие толчки от солнечных нейтрино, которые изредка ударяются о ядра ксенона. Анализ таких «ядерных отдач» позволил впервые оценить, как долго живёт нейтринное состояние с номером два. Ограничение получилось почти таким же строгим, как у знаменитой нейтринной обсерватории в Садбери.
Затем авторы заглянули в будущее. Они рассчитали, чего сможет достичь детектор следующего поколения — с ещё большей массой ксенона. Здесь открывается новый канал: регистрация отдачи электронов, а не ядер. Низкоэнергичные нейтрино от первой реакции протон-протонной цепочки смогут рассеиваться на электронах, выдавая себя крошечными вспышками. Этот метод обещает улучшить точность измерения времени жизни сразу для двух нейтринных состояний — в 10, а то и в 100 раз по сравнению с лучшими сегодняшними результатами.
Так охотники за тёмной материей неожиданно становятся лучшими хронометристами для частиц, рождённых в солнечном ядре. Тот же прибор, что всматривается во тьму, помогает измерить срок жизни самого света.
как её написали авторы, на английском arXiv:2607.24584
The combination of the long baseline and characteristic energies of solar neutrinos offers an ideal framework to probe invisible neutrino decay. In this work we present the first constraint on invisible solar-neutrino decay using coherent elastic neutrino-nucleus scattering, recently observed in dark matter direct detection experiments. Through a combined analysis of nuclear-recoil data from XENONnT, PandaX-4T, and LUX-ZEPLIN, we constrain the lifetime of the neutrino mass state $$ u_{2}$$, obtaining a bound already comparable in strength to that from the Sudbury Neutrino Observatory. We further evaluate the sensitivity that could be reached by a future xenon-based dark matter detector. For this projection, we extend the analysis to electronic-recoil data, estimating the impact of detecting lower-energy solar neutrinos from the $$pp$$-chain via elastic scattering off electrons. This channel would allow us to place strong constraints on the lifetimes of both the $$ u_{1}$$ and $$ u_{2}$$ mass eigenstates. Our results show that, with nominal future exposures, nuclear-recoil data would improve the current bound by about one order of magnitude, while electronic-recoil data would open a new detection channel for low-energy solar neutrinos, surpassing existing dedicated solar-neutrino bounds by 1 to 2 orders of magnitude.
Солнечные нейтрино долетают от ядра Солнца до Земли за 8 минут, но внутри самого Солнца они могут блуждать тысячи лет, прежде чем вырваться наружу.