Ученые из проекта OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus - проект по изучению нейтринных осцилляций, использующий анализ эмульсионных пленок) впервые получили прямые экспериментальные доказательства того, что мюонные нейтрино способны превращаться в тау-нейтрино. Нейтрино — это нейтральные элементарные частицы, которые очень слабо взаимодействуют с веществом. Они рождаются в результате определенных типов ядерных распадов и делятся на три типа: электронные, мюонные и тау-нейтрино. Уже была гипотеза о том, что различные типы нейтрино способны превращаться друг в друга, однако напрямую наблюдать этот процесс ученым не удавалось.
Для получения этих доказательств был организован эксперимент OPERA. Задействованные нем специалисты изучают мюонные нейтрино, которые производятся на суперпротонном синхротроне Европейского центра ядерных исследований (CERN). Высокоэнергетические нейтрино улавливаются установленными в Гран-Сассо детекторами, состоящими из 150 тысяч "кирпичиков", в которых свинцовые листы переложены листами эмульсионной пленки.
Ядро свинца может поглощать мюонные нейтрино, и этот процесс сопровождается испусканием мюона — еще одной элементарной частицы. Вылет мюона оставляет четкий след внутри "кирпичика". Однако в том случае если мюонное нейтрино превратится в тау-нейтрино, то последствия встречи с ядром свинца будут иными — их взаимодействие сопроводится вылетом тау-лептона, который быстро распадается на другие частицы. Соответственно, оставшийся след в этом случае будет отличен от следа встречи ядра свинца и мюонного нейтрино.
Из шести тысяч попавших на детекторы мюонных нейтрино один превратился в тау-нейтрино. Вероятность того, что зарегистрированное событие — это именно нейтринная осцилляция, ученые оценивают в 98%. Непосредственное подтверждение того, что разные типы нейтрино могут превращаться друг в друга, очень важно для разработки фундаментальных теорий физических взаимодействий. В дальнейшем специалисты OPERA намерены продолжить работу, чтобы обнаружить больше примеров нейтринных осцилляций и определить, соответствует ли частота этих событий теоретическим предсказаниям.