Нейтрино, неуловимые частицы, которые едва взаимодействуют с материей, могут обладать революционным свойством: они могут быть собственными античастицами - концепцией, известной как майорановские нейтрино. Эта гипотеза, впервые предложенная физиком Этторе Майорана в 1937 году, остается одной из самых обсуждаемых тем в современной физике частиц.
Существование нейтрино было первоначально предложено Вольфгангом Паули в 1930 году для объяснения сохранения энергии при бета-распаде. Позже Энрико Ферми разработал детальную теорию, которая включала нейтрино, названные в честь их небольшого размера. В настоящее время признаны три типа нейтрино: электронные, мюонные и тау-нейтрино, каждое из которых связано с соответствующими заряженными частицами.
Согласно стандартной модели физики частиц, у каждой частицы есть соответствующая античастица. Однако нейтрино нейтральны, что поднимает вопрос о том, могут ли они быть неразличимыми от своих античастиц.
Если гипотеза Майорана будет подтверждена, это может существенно изменить наше понимание вселенной. Она может дать ответы на загадку о том, почему материя преобладает над антиматерией, вопрос, который стандартная модель не может решить без введения новой физики.
Одним из самых разыскиваемых сигналов для подтверждения того, что нейтрино это майорановские частицы, является редкий процесс, известный как безнейтринный двойной бета-распад. В этом сценарии атомное ядро испускает два электрона, не производя нейтрино, что возможно только в том случае, если нейтрино действительно являются майорановскими частицами.
В настоящее время по всему миру проводятся многочисленные эксперименты, пытающиеся обнаружить безнейтринный двойной бета-распад. К числу заметных проектов относятся:
EXO-200 и nEXO: Эксперимент EXO-200 искал безнейтринный двойной бета-распад в ксеноне-136, в то время как его преемник, nEXO, обещает повышенную чувствительность.
GERDA и LEGEND: Эти эксперименты сосредоточены на германии-76 и установили некоторые из самых строгих пределов на сегодняшний день.
KamLAND-Zen: Находясь в Японии, этот эксперимент использует растворенный ксенон-136 в детекторе жидкого сцинтиллятора и и он дал значительные результаты в поиске майорановских нейтрино.
Хотя безнейтринный двойной бета-распад пока не был наблюдаем, каждый новый эксперимент улучшает чувствительность и приближает исследователей к решению этой фундаментальной загадки.
Если нейтрино будут подтверждены как майорановские частицы, это будет иметь глубокие последствия для космологии. Они могут сыграть ключевую роль в лептогенезе - механизме, который может объяснить, почему во вселенной доминирует материя, а не антиматерия. Кроме того, это открытие может открыть новую страницу в физике за пределами стандартной модели, указывая на существование новых элементарных частиц и фундаментальных сил.