Диффузный фон сверхновых поможет установить природу нейтрино

Международная группа физиков представила на arXiv анализ, согласно которому диффузный фон нейтрино от сверхновых (DSNB) может стать ключом к давнему вопросу о природе нейтрино. Ученые выяснили, что при определенных условиях наблюдения за этим фоном способны отличить дираковские нейтрино от майорановских.

Нейтрино — элементарные частицы, которые почти не взаимодействуют с веществом. Одно из главных свойств, которое пока не установлено, — являются ли они собственной античастицей. Если да, то такие частицы называют майорановскими, если нет — дираковскими. Ответ на этот вопрос важен для физики за пределами Стандартной модели.

Авторы работы предлагают использовать для этого диффузный фон нейтрино, который образуется в результате всех сверхновых во Вселенной. По расчетам, эффект становится различимым, если магнитные моменты нейтрино превышают величину порядка 10 в минус 14 степени магнетона Бора.

Как поясняют исследователи, в части коллапсирующих звезд возникают интенсивные магнитные поля. Они могут вызывать резонансные перевороты хиральности — процесс, при котором меняется внутреннее состояние частицы. Это влияет на потоки DSNB, причем характер изменений зависит от того, какой природой обладают нейтрино.

Модельные расчеты показывают, что объединенные данные 20-летней экспозиции обсерваторий Hyper-Kamiokande с добавлением гадолиния и JUNO позволят зафиксировать такой сигнал с достоверностью 90%, если доля событий с магниторотационными механизмами превысит 12% от всех коллапсов ядер звезд. Для надежности 99% требуется доля более 20%.

Важно, что результат не зависит от иерархии масс нейтрино. Как отмечается в статье, это делает DSNB критически важным инструментом для раскрытия истинной природы частиц.

Исследование опубликовано в виде препринта на arXiv и пока не прошло рецензирование в научном журнале.