Нейтрино бьёт по протону: самый точный замер экспресс
Невидимый поток частиц каждую секунду пронизывает тело человека. Это нейтрино — крошечные посланцы далёких звёзд и земных реакторов. Поймать их почти невозможно: они пролетают сквозь материю, как пуля сквозь туман. Но физики научились устраивать им засаду.
В эксперименте NOvA такой засадой стал детектор весом в сотни тонн, наполненный специальной жидкостью. Внутри неё много атомов водорода — самых простых: один протон, один электрон. Когда мюонное антинейтрино попадает точно в протон, рождаются две частицы: мюон (тяжёлый родственник электрона) и нейтрон. За два года работы детектор зафиксировал 35 509 таких столкновений. Это как если бы вы считали падающие звёзды и набрали целую армию.
Новый замер дал число: 0,538 × 10⁻³⁸ квадратных сантиметров. Это площадь, которую нейтрино «видит» у протона. Кажется крошечной — и это так. Но теперь она известна с точностью до четырёх знаков. Раньше мешали примеси тяжёлых ядер в детекторе. Теперь учёные вычли их вклад, используя отдельные контрольные наборы данных. Осталась главная неопределённость — сам поток нейтрино, который пока измеряют хуже.
Такой точный результат — как новый, остро заточенный инструмент. С его помощью проверят, насколько верно мы понимаем слабое взаимодействие — одну из четырёх сил природы. А в будущем, если поток нейтрино станет известен лучше, этот же замер позволит уточнить его без дополнительных экспериментов. Так одна охота помогает другой.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2608.12293v1
We report a measurement of the total cross section for muon antineutrino charged-current quasi-elastic scattering on hydrogen, $$\bar u_\mu {\rm H} \to \mu^+ n$$, in the NOvA near detector using a $$1.2\times10^{21}$$ proton-on-target exposure in the NuMI beam. A selection based on topological and kinematic constraints yields 35,509 signal events in the hydrogen-rich ($$10.8\%$$) detector, providing the highest statistics of (anti)neutrino--hydrogen interactions measured to date. Backgrounds from (anti)neutrino interactions on heavier nuclei are constrained using dedicated data control samples, significantly reducing the related systematic uncertainties. We obtain a value $$\sigma (\bar u_\mu {\rm H} \to \mu^+ n) = 0.538 \pm 0.009 ({\rm stat}) \pm 0.010 ({\rm syst}) \pm0.055 ({\rm flux}) \times 10^{-38}$$ cm$$^2$$ for the total cross section at an average energy of 1.9 GeV, the most precise total cross-section measurement of this process to date. The combined statistical and non-flux systematic uncertainty is more than four times smaller than the flux uncertainty, allowing a future use of this measurement to constrain the absolute $$\bar u_\mu$$ flux.
Через ноготь вашего мизинца каждую секунду пролетают миллиарды нейтрино от Солнца, но за всю жизнь лишь одно-два из них застрянут в вашем теле.
В романе «Солярис» Станислава Лема океан планеты общается с людьми через нейтрино, которые свободно проходят сквозь любые преграды.