JUNO уточнил параметры осцилляций нейтрино

Физики из эксперимента JUNO проанализировали первые данные нового 20-килотонного нейтринного детектора и уточнили параметры осцилляций реакторных антинейтрино. За 59 дней наблюдений установка зарегистрировала 2379 кандидатов в события от антинейтрино и одновременно измерила солнечные параметры осцилляций: sin²θ₁₂ = 0,3092 ± 0,0087 и Δm²₂₁ = (7,50 ± 0,12) × 10^-5 электронвольта в квадрате. Результаты опубликованы в журнале Nature.  

Нейтрино существуют в трех ароматах — электронном, мюонном и тау-нейтрино, — но распространяются как суперпозиции состояний с разными массами. Из-за этого они могут превращаться из одного аромата в другой, а вероятность такого превращения зависит от расстояния, энергии частицы и параметров смешивания. Точное измерение этих параметров нужно, чтобы проверить трехнейтринную картину, определить порядок масс нейтрино и искать отклонения от Стандартной модели. За открытие нейтринных осцилляций в 2015 году присуждена Нобелевская премия. Более подробно об этом явлении читайте в нашем материале «Н значит нейтрино».

Один из способов изучать осцилляции — регистрировать электронные антинейтрино от ядерных реакторов. Если поставить детектор на подходящем расстоянии от реакторов, в энергетическом спектре антинейтрино появится характерная осцилляционная структура: медленная волна, связанная с параметром Δm²₂₁, и более мелкая рябь, связанная с Δm²₃₁. Именно на этом принципе построен JUNO — подземный детектор в провинции Гуандун, расположенный в 53 километрах от реакторов АЭС Янцзян и Тайшань. Детектор начал работу в августе прошлого года, а его главная долгосрочная цель — определить порядок масс нейтрино.

Физики из эксперимента JUNO под руководством Ван Ифана (Yifang Wang) из Института физики высоких энергий Китайской академии наук уточнили параметры осцилляций нейтрино. Для этого ученые проанализировали первые данные, собранные с 26 августа по 2 ноября 2025 года при помощи детектора JUNO. Детектор представляет собой акриловую сферу с 20 килотоннами жидкого сцинтиллятора, за которой следят около 20 тысяч больших и около 26 тысяч малых фотоумножителей. Установка находится на глубине 700 метров в подземной лаборатории, а вокруг центрального детектора расположены водный черенковский детектор и верхний трекер, которые помогают отсеивать космические мюоны. Антинейтрино ученые регистрировали по обратному бета-распаду: электронное антинейтрино взаимодействует с протоном, рождая позитрон и нейтрон. Позитрон дает быстрый сигнал, а нейтрон примерно через 200 микросекунд захватывается протоном и испускает гамма-квант с энергией порядка 2,2 мегаэлектронвольта. Такая пара сигналов позволяет отделять антинейтринные события от фона. После всех отборов в выборке осталось 2379 кандидатов, а полная эффективность отбора составила около 70 процентов.

Затем физики сравнили измеренный спектр сигналов с моделью, которая учитывала поток антинейтрино от реакторов, осцилляции, сечение обратного бета-распада, отклик детектора и фоны. Чтобы уменьшить неопределенность в форме реакторного спектра, авторы также использовали данные эксперимента Daya Bay. В результате JUNO измерил солнечные параметры нейтринных осцилляций: Δm²₂₁ = (7,50 ± 0,12) × 10^-5 электронвольта в квадрате и sin²θ₁₂ = 0,3092 ± 0,0087. По словам авторов, это улучшило совместную точность предыдущих измерений примерно в 1,6 раза. Пока результат ограничен статистикой: данных всего за два месяца недостаточно, чтобы решить главную задачу JUNO — определить порядок масс нейтрино. Однако первые данные показали, что детектор, калибровка и анализ работают в соответствии с расчетами, а дальнейший набор статистики должен приблизить эксперимент к основной цели.

Физики продолжают уточнять свойства нейтрино разными способами. Недавно мы писали, как эксперимент KATRIN получил новое прямое ограничение на массу нейтрино, а еще — как физики ограничили минимальный размер волнового пакета нейтрино.