Нобелевскую премию по физике 2015 года получили Артур Макдональд и Такааки Каджита. Как объявил Нобелевский комитет, награды вручены «за открытие осцилляции нейтрино, показывающее, что у нейтрино есть масса». Мы попросили прокомментировать это событие доктора физико-математических наук Юрия Куденко.

Первый лауреат — Артур Макдональд — это руководитель эксперимента по исследованию солнечных нейтрино в нейтринной обсерватории Садбери (SNO) в Канаде. Второй ученый — японец Такааки Каджита. Он лидер проекта Супер-Камиоканде и в настоящее время директор Института космических исследований (ICRR) Токийского университета.

В чем состоит суть их открытий — один эксперимент, а именно SNO — это исследование солнечных нейтрино, а Супер-Камиоканде — это в первую очередь исследование атмосферных нейтрино. Канадский эксперимент подтвердил и решил проблему солнечных нейтрино, когда вопрос стоял, почему в предыдущих экспериментах (хлор-аргоновый в США и галлий-германиевые SAGE в России, ИЯИ РАН и GALLEX в лаборатории Гран Сассо, Италия) был обнаружен дефицит нейтрино. И вот детектор SNO показал, что это происходит за счет осцилляции нейтрино, то есть за счет наличия у нейтрино массы.

Следует особо подчеркнуть, что явление осцилляций нейтрино было предсказано в 60-е годы выдающимся физиком Бруно Максимовичем Понтекорво, который многие годы работал в ОИЯИ, Дубна. Эта гениальная идея определила развитие нейтринной физики на десятилетия и получила блестящее экспериментальное подтверждение — результат работы больших экспериментальных коллективов на протяжении многих лет.

Эксперимент Супер-Камиоканде, Япония, проводил независимые измерение с атмосферными нейтрино. И впервые продемонстрировал, что нейтрино переходит из одного типа в другое, и это возможно только при наличие у нейтрино массы. То есть оба эксперимента открыли фундаментальные явления, а именно наличие ненулевой массы нейтрино и явления смешивания между различными активными типами нейтрино: электронным, мюонным и тау нейтрино.

Почему это важно? Потому что Стандартная Модель предсказывает, что нейтрино — безмассовые частицы и открытие массы в значительной степени — это выход за рамки Стандартной Модели. И до сих пор ведь непонятно, почему у нейтрино есть масса, как она возникла, что является ее источником. Есть много теорий и предположений, но объяснений нет. Это носит фундаментальный характер, как понять, почему у нейтрино есть масса, — а она очень маленькая — почему она отличается от других массивных элементарных частиц? Как возникает такая масса стандартный Хиггсовский механизм объяснить не может. Нет объяснения природы смешивания нейтрино, которые в отличие от кварков сильно смешиваются между собой. Теория не может объяснить такое необычное смешивание активных нейтрино.

Изучение свойств нейтрино — это принципиально новое направление, заключающееся в исследовании новой физики за рамками Стандартной Модели, а сами нейтрино являются удивительной лабораторией для исследования этой физики. Следует также подчеркнуть еще одно фундаментальное явление. Мы знаем, что в микромире пространственная четность, Р, и зарядовая четность, С, не сохраняются. Это относится к слабым взаимодействиям. Также не сохраняется комбинированная четность, которая является произведением упомянутых выше четностей, или СР четность. Как мы говорим, происходит СР нарушение. Это явление открыто в кварковом секторе Стандартной Модели, но его величина недостаточна для объяснения одной из удивительных загадок Природы. Почему мы существуем? Почему существует окружающий нас мир, но не существует антимира? Это выражается в физическом понятии барионной асимметрии Вселенной, т. е. наличии барионов (вещества) и отсутствии антибарионов (антивещества). Возможно объяснение этого факта скрыто в нейтринном секторе. Как мы теперь знаем, массы нейтрино ненулевые, нейтрино смешиваются, то тогда возможно СР также нарушается в нейтринных осцилляциях. Если это происходит, то возможен совершенно удивительный прорыв, потому что вероятно это нарушение позволит нам объяснить эффект преобладания материи над антиматерией. Поиск СР нарушения в нейтринных осцилляциях в настоящее время является одной из самых фундаментальных задач, стоящих перед нейтринной физикой. И это возможно благодаря замечательному открытию нейтринных осцилляций, авторам которого А.Макдональду и Т.Каджита, сегодня присуждена Нобелевская премия. Нейтринная физика богата на сюрпризы, что делает эту область физики частиц исключительно интересной и привлекательной и можно надеяться, что новые открытия появятся сосем скоро.