ТРИ НЕЙТРИННЫХ ДЕТЕКТОРА, ОДИН ВЕРДИКТ

Нейтрино бывают трёх типов и по пути превращаются из одного типа в другой — они осциллируют. Атмосферные нейтрино сыграли ключевую роль в доказательстве этого и в установлении того, что у нейтрино есть масса. Но один базовый вопрос об этих массах остаётся открытым: их упорядочение, или иерархия. Третье массовое состояние — самое тяжёлое из трёх («нормальная» иерархия) или самое лёгкое («обратная»)?

Ответ важен не только для физики нейтрино, отмечают авторы: он связан с возможной «майорановской» природой нейтрино — глубоким открытым вопросом — и с космологическими измерениями, которые сейчас склоняются к нормальной иерархии.

Три детектора, одна подгонка

Мяочэнь Цзинь и Карлос Аргуэльес из Гарвардского университета вместе с Пабло Фернандесом-Менендесом (Сантьяго-де-Компостела) и Иваном Мартинесом-Солером (Мадрид и Дарем) объединили открытые данные трёх детекторов, наблюдающих одни и те же нейтрино:

Super-Kamiokande — 50 000 тонн воды в японской шахте, со всеми данными фазы чистой воды: 6511 дней наблюдений.
IceCube-DeepCore — плотная сердцевина детектора, погружённого в лёд Южного полюса на глубину от 1450 до 2450 метров: 8 лет данных.
KM3NeT/ORCA — всё ещё строящийся в Средиземном море детектор, с первыми шестью детекторными линиями: 510 дней и 5828 событий.

Прежние комбинации просто складывали опубликованные результаты. Здесь все выборки событий подгоняются одновременно. Поскольку три детектора видят один и тот же поток нейтрино, взаимодействующих с одной и той же водой, неопределённости этого потока и этих взаимодействий у них общие. Тогда большая статистика одного эксперимента помогает сузить погрешности, которые иначе размывали бы результат другого.

Попутно команда нашла ошибку в открытом релизе данных Super-Kamiokande. Коллаборация её подтвердила и предоставила исправленную версию, которая использована здесь ещё до её публичного выпуска.

Две панели: доверительные контуры трёх экспериментов и их комбинации, а также две гистограммы смоделированной тестовой статистики с вертикальной линией данных.

Вверху: разрешённые области для двух параметров осцилляций по каждому детектору и по комбинации (чёрный). Внизу: наблюдаемый результат (чёрная линия) в сравнении с тысячами смоделированных экспериментов, предполагающих нормальную (синий) или обратную (оранжевый) иерархию. — Рисунок 1, Jin, Argüelles, Fernández-Menéndez & Martínez-Soler (2026), arXiv:2610.12208, CC BY 4.0.

Намёки складываются

Каждый детектор по отдельности лишь слегка склоняется к нормальной иерархии. В комбинации предпочтение становится явным: при обратной иерархии подгонка хуже на 11,0 единицы тестовой статистики. Чтобы перевести это в вероятность, команда смоделировала 4397 псевдоэкспериментов во вселенной с обратной иерархией. Лишь 2 дали результат, столь же экстремальный, как реальные данные. Обратная иерархия исключена с достоверностью 99,95%, или 3,3 сигмы.

Откуда берётся сигнал? Нейтрино с энергиями от 2 до 10 миллиардов электронвольт, пересекающие мантию и ядро Земли, превращаются по-разному в зависимости от иерархии. При нормальной иерархии вещество, через которое они проходят, усиливает превращения нейтрино, а не антинейтрино, и все три детектора откликаются на это усиление согласованно.

Точность в придачу

Та же подгонка измеряет и другие свойства нейтрино без всякого ускорителя частиц:

разность масс, управляющую этими осцилляциями, — с точностью 2,2%, и один угол смешивания — с точностью 6,1%, что авторы называют конкурентоспособным с ускорительными экспериментами;
угол смешивания, совместимый с максимально возможным значением;
ограничение на CP-нарушающую фазу — величину, связанную с дисбалансом между веществом и антивеществом, — вовсе не опирающееся на эксперименты с пучками.

Пока не открытие

К результату прилагается несколько оговорок. Это независимый повторный анализ открытых данных, а не официальный результат трёх коллабораций. Более консервативный статистический критерий снижает значимость до 2,55 сигмы. Общее качество подгонки посредственное (вероятность 0,011) из‑за данных ORCA, а три набора данных демонстрируют между собой умеренное расхождение в 2,2 сигмы. Авторы сообщают, что инструменты ИИ, которые они не называют, помогали готовить рукопись, графики и код.

Их прогноз: добавление к этим атмосферным данным реакторного эксперимента JUNO могло бы, по их грубой оценке, приблизить ответ к 4 сигмам — цифра, которая, по их словам, ещё требует полного совместного моделирования. «Нормальная иерархия уже маячит на горизонте», — пишут они.