Российские ученые заставили пошатнуться теорию больших дополнительных измерений
Революционный переход от «примитивной» физики Ньютона к релятивистской физике Эйнштейна не был гладким. Добавление к трем видимым измерениям оси времени не смогло объяснить все сложности, обнаруженные в мире элементарных частиц и высоких энергий. Одной из загадок, названной «проблемой иерархии», является неестественно большой разрыв между параметрами гравитационного взаимодействия (его проявления почти невозможно засечь на волновом и корпускулярном уровне) и тремя другими фундаментальными формами взаимодействия — электромагнитным, сильным и слабым. При этом сама по себе роль гравитации во Вселенной не оспаривается. Вопрос лишь в том, что никто до конца не понимает ее механизм.
Пытаясь разобраться в нестыковках так называемой Стандартной модели, физики-теоретики предлагали множество остроумных, но чисто умозрительных теорий, не имеющих ни экспериментального подтверждения, ни убедительного опровержения. Одной из таких теорий стала гипотеза «больших дополнительных измерений» (Large Extra Dimensions или сокращенно LED). Согласно ей, помимо четырех наблюдаемых измерений во Вселенной существует конечное или бесконечное множество невидимых нами «альтернативных» областей, в которых каким-то образом и «рассеивается» гравитация и часть материи.
Команда российских ученых из Физического института имени Лебедева РАН, Объединенного центра ядерных исследований, Курчатовского института, МФТИ и Института ядерных исследований РАН впервые в мире провели масштабное многолетнее исследование, призванное опытным путем подтвердить или опровергнуть теорию LED. Результаты работы были опубликованы в журнале JETP Letters.
Эксперимент прошел непосредственно под ядерным реактором Калининской АЭС, который вблизи является мощнейшим источником всевозможных элементарных частиц, в том числе нейтрино и антинейтрино. Последние, по мнению сторонников теории больших дополнительных измерений, должны были ее подтверждать. У нейтрино и антинейтрино практически нулевая масса, и они, в отличие от более «увесистых» элементарных частиц, должны осциллировать через границы дополнительных измерений. Этим должны были объясняться так называемые реакторный и галлиевый дефициты антинейтрино — в активных зонах реакторов и вблизи источников-радионуклидов, в частности активных изотопов галлия, антинейтрино регистрировались в меньшем количестве, чем предсказывали расчеты. Куда они девались? Очевидно, просачивались в скрытые измерения, уверяют сторонники теории LED.
Для проверки ученые установили под реактором ВВЭР-1000 мощностью 3ГВт специально разработанный детектор антинейтрино DANSS (Detector of the reactor AntiNeutrino based on Solid Scintillator). Он представляет собой куб с гранями 1 метр, заполненный 2500 счетчиков, способных регистрировать гипотетические взаимодействия антинейтрино с «оболочками» дополнительных измерений, при которых образуется оптический фотон. Для минимизации статистических погрешностей детектор DANSS мог перемещаться на два метра вверх и вниз, меняя свое положение по отношению к центру активной зоны реактора.
Результаты эксперимента, продолжавшегося с 2016 по 2024 год, не оставили от теории дополнительных больших измерений камня на камне. Никаких реальных следов избыточной осцилляции антинейтрино обнаружено не было. Это не снимает с повестки другую загадку — почему возникает их дефицит. Но то, что в непосредственной близости от мощного источника антинейтрино не убегают в «параллельные миры», по мнению российских ученых, можно cчитать доказанным.
В науке отрицательный результат часто не менее важен, чем положительный. Не подтвердив наличие больших дополнительных измерений, ученые предельно точно очертили «запретную зону» для размера дополнительного измерения и массы нейтрино.
Наш эксперимент — это как прослушивание очень слабого сигнала на фоне сильного шума. Мы использовали уникальное расположение и конструкцию детектора DANSS, чтобы максимально этот шум подавить. Хотя мы и не обнаружили прямого сигнала от «убегающих» в иные измерения нейтрино, мы смогли с беспрецедентной точностью сказать, где именно их точно нет. Мы значительно сузили «карту поисков» для новой физики, закрыв большую часть параметров, которыми ранее пытались объяснить аномалии. В науке такой результат чрезвычайно важен, поскольку он отсекает неверные пути и позволяет сконцентрировать усилия на более перспективных теориях.Наталия Скробовафизик.
О возможной роли нейтрино в неожиданно резком остывании молодой нейтронной звезды читайте в материале Hi-Tech Mail.
