Подземная гонка к истокам Вселенной. Свойства нейтрино могут объяснить, почему материя не самоуничтожилась

Это перевод материала, опубликованного на сайте BBC News, оригинал на английском языке можно прочитать здесь.

В гонке за решением этой загадки их на насколько лет их опережает группа японских ученых.

Нынешняя теория о происхождении Вселенной не может объяснить существование всего, что мы видим вокруг: планет, звезд и галактик.

Как американские, так и японские исследователи строят гигантские детекторы для изучения субатомной частицы нейтрино, надеясь, что именно она даст ключ к ответу.

Международная группа ученых, которую собрали США, пытается искать решение проблемы глубоко под землей, в ходе проекта под говорящим названием «Дюна» (DUNE, Deep Underground Neutrino Experiment, что переводится как «Глубокий подземный эксперимент по изучению нейтрино»).

Ученые оборудовали свою лабораторию под землей на глубине 1500 метров, где находятся три пещеры, настолько огромные, что строительные бригады с бульдозерами кажутся в них крошечными пластмассовыми игрушками.

Доктор Джарет Хейс, научный директор этого объекта, называет пещеры настоящим храмом науки. Это пространство поможет изолировать исследования от шума и различных излучений с поверхности Земли.

Хейс строит эти объекты уже почти 10 лет, но сейчас проект DUNE наконец готов к следующему этапу.

«Мы почти сумели построить детектор, который изменит наше понимание Вселенной», — говорит Хейс. По его словам, ответ на вопрос о причинах нашего существования в лаборатории будут искать 1400 ученых из 35 стран.

В чем же заключается главная проблема, которую пытаются разрешить эксперты?

В момент возникновения Вселенной появились два типа частиц: материя, из которой состоят звезды, планеты и все вокруг нас, а также антиматерия, полная противоположность материи, существующая в тех же количествах.

Теоретически они должны были уничтожить друг друга, оставив после себя лишь мощный выброс энергии. Однако, мы — как материя — все же существуем.

Ученые полагают, что ключ к пониманию причин существования материи — и всех нас — следует искать в изучении частицы под названием нейтрино, а также ее противоположности — антинейтрино.

Исследователи будут запускать пучки тех и других частиц из подземной лаборатории в Иллинойсе к детекторам в Южной Дакоте, на расстояние около 1300 км.

Это связано с тем, что в процессе движения нейтрино и антинейтрино изменяются — хоть и очень незначительно.

Ученые хотят выяснить, отличаются ли эти изменения у нейтрино и антинейтрино. И если окажется, что частицы ведут себя по-разному, это может привести к разгадке, почему материя и антиматерия не взаимоуничтожились.

Одна из 1400 ученых, принимающих участие в эксперименте, — доктор Кейт Шоу из Университета Сассекса.

Она считает, что предстоящие открытия могут полностью перевернуть наше понимание Вселенной и то, каким образом человечество воспринимает само себя.

«Потрясающе, что нынешние технологии, инженерия и программное обеспечение наконец позволили нам по-настоящему взяться за решение этих больших вопросов», — говорит она.

На другом конце света японские ученые ищут ответы на те же вопросы при помощи сверкающих золотых шаров.

Это и впрямь роскошный храм науки, похожий на «собор» в Южной Дакоте, которая находится от него на расстоянии 9650 км.

Объект Hyper-K, который сейчас строится в Японии, будет больше и совершеннее нынешнего японского детектора нейтрино Super-K.

Японская группа планирует запустить свой первый пучок нейтрино менее чем через три года, то есть на несколько лет раньше американского проекта.

Как и DUNE, Hyper-K — международный проект. Доктор Марк Скотт из Имперского колледжа Лондона считает, что его команда опережает соперников из США и именно она совершит одно из величайших открытий о происхождении Вселенной.

«Мы включим аппаратуру первыми, и у нас будет более крупный детектор, так что мы должны получить более высокую чувствительность — и раньше, чем DUNE», — полагает он.

Поскольку оба эксперимента будут проводиться одновременно, ученые смогут получить больше данных, чем если бы работала только одна исследовательская группа.

Но Скотт признается, что хотел бы прийти к финишу первым.

Но доктор Линда Кремонези из Лондонского университета королевы Марии, работающая в DUNE, предполагает, что более ранний старт может и не дать японской группе полной картины происходящего.

«В этом действительно есть элемент конкуренции, но у Hyper-K пока не хватает всех необходимых составляющих, чтобы понять, ведут ли себя по-разному нейтрино и антинейтрино», — говорит она.

Гонка продолжается, а ее первые результаты ожидаются только через несколько лет.

Вопрос о том, что именно произошло в начале всех времен и обеспечило наше существование, пока остается загадкой.