В современной физике элементарных частиц под ароматами нейтрино понимаются три типа (флавора) нейтрино, различающиеся по тому, с каким лептоном они связаны в рамках слабого взаимодействия. Эти ароматы — электронное, мюонное и тау-нейтрино — строго коррелированы с тремя заряженными лептонами: электроном, мюоном и тау-лептоном соответственно. Такое различие отражает фундаментальное свойство слабого взаимодействия, в котором процессы рождения и аннигиляции нейтрино всегда сопровождаются образованием или уничтожением соответствующего заряженного лептона.
Физика ускорителей сыграла ключевую роль в экспериментальном подтверждении существования каждого из трех ароматов нейтрино. Ускорители позволяли создавать высокоэнергетические лептонные и адронные пучки, инициирующие реакции, в которых можно было идентифицировать тип участвующего нейтрино по конечным продуктам взаимодействия.
Электронное нейтрино (νₑ) — первый обнаруженный аромат, предсказанный Паули в 1930 году и экспериментально подтверждённый в 1956 году Коуэном и Райнесом при регистрации антинейтрино вблизи ядерного реактора.
Оно участвует в процессах β-распада: n → p + e− + ν̄e Здесь электронное антинейтрино играет роль необходимого участника, обеспечивающего сохранение энергии, импульса и углового момента.
В ускорителях электронные нейтрино можно наблюдать при распадах π-мезонов и K-мезонов через последовательные цепочки, где конечным лептоном становится электрон.
Отличительной чертой взаимодействия νₑ является то, что при его столкновении с нуклоном или ядром в результате слабого заряда́ обмена рождается электрон, а не мюон или тау-лептон. Это свойство лежит в основе определения аромата нейтрино.
Мюонное нейтрино (ν_μ) было открыто в 1962 году в знаменитом эксперименте на ускорителе в Брукхейвене (Lederman, Schwartz, Steinberger). В этом опыте использовался пучок нейтрино, образовавшийся при распаде π-мезонов: π+ → μ+ + νμ
Экспериментально было показано, что нейтрино, возникающее в этом процессе, всегда рождает мюон при взаимодействии, но никогда — электрон. Это стало ключевым доказательством существования второго аромата.
Особенности мюонного нейтрино:
Тау-нейтрино (ν_τ) — наиболее трудноуловимый аромат, предсказанный после открытия тау-лептона в 1975 году. Его существование оставалось долгое время гипотезой, пока в 2000 году эксперимент DONUT (Direct Observation of NU Tau) на ускорителе Fermilab не предоставил прямое свидетельство рождения тау-лептона в результате взаимодействия нейтрино.
Особенности тау-нейтрино:
Оно рождается при распадах тяжелых адронов, содержащих c- или b-кварки, а также в распадах тау-лептонов: τ− → ντ + e− + ν̄e или τ− → ντ + μ− + ν̄μ
Основная сложность его детектирования связана с тем, что тау-лептон имеет очень короткое время жизни (~10⁻¹³ с), и поэтому его следы в детекторах трудноразличимы.
В экспериментах на ускорителях тау-нейтрино является уникальным индикатором осцилляций нейтрино, поскольку появление событий с участием ν_τ в пучках, исходно не содержащих этот аромат, доказывает факт смешивания нейтрино.