Нейтринная минимальная стандартная модель (англ. The Neutrino Minimal Standard Model; также используются сокращения νMSM или nuMSM) представляет собой расширение Стандартной модели физики элементарных частиц путём добавления трёх (по числу поколений) правых стерильных (не участвующих в слабых взаимодействиях) нейтрино с массами, не превышающими электрослабого масштаба энергий. Модель была впервые предложена в 2005 году в работе Такэхико Асаки (яп. 淺賀 岳彦 Asaka Takehiko) и Михаила Евгеньевича Шапошникова[1]. В данной модели в рамках единого подхода возможно получить разрешение проблем нейтринных осцилляций, тёмной материи и барионной асимметрии Вселенной[2].
Поиск лёгких стерильных нейтрино
Результаты экспериментов по изучению нейтринных осцилляций в целом хорошо описываются схемой с тремя слабовзаимодействующими нейтрино. Однако несколько так называемых нейтринных аномалий не находят объяснения в рамках такого подхода и, возможно, указывают на существование по крайней мере ещё одного, дополнительного, нейтринного состояния (стерильного нейтрино) с массой ~ 1 эВ[3].
В нейтринном эксперименте с короткой базой LSND (Liquid Scintillator Neutrino Detector[en])[4], в котором исследовалось смешивание мюонных антинейтрино и электронных антинейтрино в результате осцилляций, был обнаружен избыток электронных антинейтрино на уровне 3,8σ для величины отношения базы эксперимента L к энергии нейтрино E/L ~ 1 эВ². Проверка этого эффекта проводилась в эксперименте MiniBooNE (англ. Mini Booster Neutrino Experiment) (Иллинойс, США)[5], результаты которого в целом согласовались с результатом LSND, однако достигнутая в MiniBooNE чувствительность не позволила однозначно подтвердить или опровергнуть результат LSND.
При измерениях с искусственными источниками нейтрино в экспериментах SAGE (Soviet-American Gallium Experiment на Баксанской нейтринной обсерватории) и GALLEX (Gallium Experiment в Национальной лаборатории Гран-Сассо) число зарегистрированных событий оказалось меньше ожидаемого. Статистическая значимость эффекта ("галлиевая аномалия”) составила около 2,9σ. Этот дефицит также может быть объяснён осцилляциями между электронным нейтрино и стерильным нейтрино с Δm² ~ 1 эВ²[6][7].
В результате новой оценки потока антинейтрино от реакторов[8] получено, что величина этого потока примерно на 3 % больше предыдущего значения, используемого в течение длительного времени в реакторных экспериментах. Это привело к тому, что потоки нейтрино, измеренные в разных экспериментах на расстояниях ≤ 100 м от активной зоны реактора, оказались меньше потоков, определённых для этих расстояний на основе работы[8]. Такое расхождение между предсказанным и измеренным потоками антинейтрино могло бы быть объяснено исчезновением антинейтрино из-за осцилляций с Δm² ~ 1 эВ². Этот эффект, статистическая значимость которого составила 2,8σ, получил название "реакторная аномалия". Но дальнейшие эксперименты подставили под сомнение данный эффект[3].
Новый нейтринный эксперимент BEST (англ. Baksan Experiment on Sterile Transitions), начатый в 2019 году на Баксанской нейтринной обсерватории и направленный на обнаружение предполагаемых нейтринных осцилляций между электронными и стерильными нейтрино по предварительным результатам подтверждает эффект. По состоянию на осень 2021 года со статистической достоверностью приближающейся к 4σ[9].
https://ru.wikipedia.org/wiki/Нейтринная_минимальная_стандартная_модель
+
ТАСС, 11 января. Участники научной коллаборации STEREO резко сузили поле поисков "стерильных нейтрино" - одной из возможных форм темной материи, в ходе наблюдений за формированием антинейтрино при распадах атома урана-235. Проведенные физиками замеры почти полностью исключают возможность существования самых легких форм этих частиц, пишут исследователи в статье в журнале Nature.
"Эксперимент STEREO был запущен для изучения аномалий, открытых в нейтринных потоках, исходящих от ядерных реакторов. Проведенные нами замеры, с одной стороны, подтвердили существование этих аномалий, но при этом они исключают возможность наличия во Вселенной самых легких форм "стерильных нейтрино", потенциально объясняющих эти расхождения", - пишут исследователи.
Стерильные нейтрино - гипотетический четвертый тип этих элементарных частиц, не вписывающийся в Стандартную модель физики частиц. Они заметно тяжелее других нейтрино и не взаимодействуют с другой материей никак иначе кроме как посредством гравитации. Ученые серьезно задумались об их существовании после того, как нобелевские лауреаты Артур Макдональд и Такааки Каджита доказали в начале текущего столетия, что остальные нейтрино обладают ненулевой массой.
Следы этих частиц физики пытаются найти уже достаточно долгое время, однако пока этого не удалось сделать. Лишь в мае 2018 года участники проекта MiniBooNE получили первые серьезные намеки на то, что стерильные нейтрино действительно существуют, однако в 2022 году физики не смогли подтвердить этого в рамках последующего эксперимента MicroBooNE.
Поиски "стерильных нейтрино"
Схожие результаты получили физики, объединившие свои усилия в рамках научной коллаборации STEREO, нацеленной на поиски следов "стерильных нейтрино" в следах распадов атомов урана-235. В ее рамках исследователи из Франции, Германии, Великобритании и Марокко разработали специализированный детектор нейтрино STEREO, способный сверхточно замерять спектр потока частиц антинейтрино.
Этот научный прибор был установлен в 2016 году рядом с экспериментальным ядерным реактором ILL HFR во французском Гренобле. На протяжении последующих четырех лет STEREO непрерывно замерял энергетический спектр различных форм антинейтрино, возникавших при распадах атомов урана-235 внутри реактора. Для получения подобных сведений ученые отслеживали вспышки света, возникавшие при столкновениях антинейтрино с протонами в жидкой материи детектора STEREO.
За все время работы данный прибор зафиксировал свыше 107 тыс. подобных вспышек, что позволило физикам проверить, превращается ли часть антинейтрино, возникших в ходе распадов атомов урана-235, в одну или несколько форм "стерильных нейтрино" до, во время и после прохождения через детектор. Для этого ученые просчитали, как должен выглядеть энергетический спектр потока этих частиц при отсутствии и наличии этих частиц и сравнили результаты этих расчетов с замерами STEREO.
С одной стороны, это сравнение подтвердило, что аномалии в поведении нейтрино действительно существуют, но при этом оно фактически полностью исключило существование легких форм "стерильных нейтрино", обладающих массой в несколько электронвольт. По словам физиков, это открытие будет особенно интересным для участников российского проекта BEST, которым удалось в июле 2022 года подтвердить существование одной из аномалий, связанных со "стерильными нейтрино".
https://nauka.tass.ru/nauka/16780315