В глубинах южного Китая, на глубине около 700 метров под землей, расположился уникальный научный объект - подземная обсерватория нейтрино Цзянмэнь, известная под сокращённым названием JUNO. Этот гигантский детектор представляет собой сферу диаметром 35 метров, заполненную более чем 20 тысячами тонн специальной жидкости. JUNO - совместный проект учёных из 17 стран, цель которого - расширить понимание одним из самых загадочных элементарных частиц - нейтрино, а также их антивеществом, антинейтрино. Эти частицы практически не взаимодействуют с обычной материей, что делает их наблюдение чрезвычайно сложным. Из-за отсутствия электрического заряда и очень малой массы нейтрино часто называют "призрачными частицами".
Нейтрино - одни из самых распространённых элементарных частиц во Вселенной, и всё же многие их свойства остаются не до конца изученными. Каждый день через наше тело проходят миллиарды нейтрино, не оставляя после себя следов. Среди самых важных открытий последних десятилетий - доказательство того, что нейтрино обладают массой и способны менять свои "вкусы" или "ароматы", то есть переходить из одного типа либо "флейвора" в другой: электронного, мюонного и тау-нейтрино. Именно за это открытие в 2015 году Нобелевскую премию получили Такааки Кадзита и Артур Блюс Макдоналд. Однако вопрос о том, как именно распределена масса между тремя типами нейтрино, остаётся неразрешённым.
И хотя уже известно, что электронное нейтрино легче мюонного, масса тау-нейтрино ещё вызывает споры. Определение точного порядка масс нейтрино - одна из главных задач современной физики элементарных частиц, ведь от этого зависит понимание фундаментальных процессов во Вселенной, включая объяснение её эволюции и существования вещества как такового. И здесь на сцену выходит JUNO - детектор, специализирующийся на обнаружении и изучении нейтрино и антинейтрино с рекордной точностью. Научный прибор оснащён массивом фотомножителей - высокочувствительных датчиков света, которые способны уловить даже отдельные кванты света (фотоны), возникающие при редких взаимодействиях нейтрино с жидкостью-сиятелем внутри сферы. Когда частицы проходят сквозь детектор и взаимодействуют с жидкостью, они вызывают слабое свечение, фиксируемое фотомножителями.
Это позволяет учёным собирать данные об энергиях и типах нейтрино. Особенность JUNO заключается в том, что он может одновременно "видеть" нейтрино и антинейтрино. Антинейтрино, являющиеся античастицами нейтрино, в данном случае создаются искусственно двумя соседними атомными электростанциями. Благодаря этому ученые могут детально наблюдать, как частицы меняют свои состояния во время распространения, изучать процесс нейтринных осцилляций с беспрецедентной точностью и собирать информацию о структуре их масс. Согласно ожиданиям исследователей, после примерно шести лет сбора данных JUNO сможет дать статистически значимый ответ на вопрос о порядке масс нейтрино - нормальная это иерархия, при которой тау-нейтрино самый тяжёлый, или обратная, когда он легче одного из других типов.
Результаты позволят продвинуться в понимании не только самих частиц, но и общей картины устройства Вселенной. Перспективы JUNO простираются и дальше. В рамках долгосрочных исследований детектор может поспособствовать поиску так называемого "массивного" или "дизмассового" нейтрино Маджораны - частиц, которые одновременно являются и нейтрино, и антинейтрино. Если такие частицы действительно существуют, это открытие поможет разгадать одну из самых глубоких загадок физики - почему материя в нашем мире преобладает над антиматерией, при том что Большой взрыв должен был создать их в равных количествах. Появление и активная работа JUNO знаменует собой новую эру в нейтринной физике.
Она не только продолжает традиции предыдущих экспериментов, но и выводит возможности детектирования на качественно иной уровень благодаря размеру детектора и технологической оснащённости. Кроме того, международное сотрудничество в рамках JUNO объединяет лучших специалистов со всего мира, что отражает общедоступность науки и единство учёных в поисках ответов на фундаментальные вопросы. Благодаря JUNO и подобным ему проектам человечество расширяет горизонты познания своей Вселенной. Будущие открытие могут не только изменить базовые представления о структуре материи, времени и пространства, но и повлиять на развитие технологий, используя новые знания в квантовой физике и энергетике. Таким образом, подземный детектор нейтрино JUNO - это не просто крупномасштабный научный инструмент, а невероятно важный инвентарь для решения загадок природы, которые до сих пор оставались вне доступа для человечества.
Его успехи уже сейчас вызывают большой интерес в научном мире и постепенно приближают ответ на один из центральных вопросов современной физики. .
