Površinski objekat za eksperiment IceCube, koji se nalazi ispod 1,6 kilometara leda na Antarktiku. IceCube sugeriše da duh neutrini ne postoje, ali novi eksperiment pokazuje suprotno.
Kredit: IceCube Neutrino opservatorije
Naučnici su proizveli čvrste dokaze o takozvanim sterilnim neutrinama, misterioznim česticama koje prolaze kroz materiju, bez interakcije sa njom.
Prvi nagovještaji ovih čestica pojavili su se prije nekoliko decenija. Ali nakon godina posvećenih pretraživanju, naučnici nisu mogli pronaći nijedan drugi dokaz za njih, uz mnoge eksperimente koji su u suprotnosti sa tim starim rezultatima. Ovi novi rezultati sada ostavljaju naučnike sa dva robustna eksperimenta koji pokazuju postojanje sterilnog neutrina, iako drugi eksperimenti i dalje ukazuju na to da sterilni neutrini uopšte ne postoje.
To znači da se u Univerzumu nešto čudno dešava što čini najsavremenije fizičke eksperimente čovječanstva u suprotnosti jedne s drugima.
Sterilni neutrini
Sredinom devedesetih godina, detektor neutrino tečnog scintilatora (LSND), eksperiment u Nacionalnoj laboratoriji Los Alamos u Novom Meksiku, otkrio je misterioznu novu česticu: “sterilni neutrino” koji prolazi kroz materiju bez interakcije sa njom. Ali taj rezultat se ne može replicirati; drugi eksperimenti jednostavno nisu mogli pronaći nikakav trag skrivene čestice. Tako je rezultat bio zanemaren.
Sada, MiniBooNE – eksperiment u Fermi National Accelerator Laboratoriji (Fermilab), koji se nalazi blizu Čikaga – ponovo je pokupio miris skrivenih čestica. Novi papir objavljen na serveru preprinta arXiv nudi toliko dovoljno pouzdane dokaze o nedostajućem neutrinu da su fizičari digli alarm u vezi toga.
Ako novi rezultati MiniBooNE-a budu ispravni, “To bi bilo ogromno, to je van standardnog modela, što bi zahtjevalo nove čestice … i potpuno novi analitički okvir”, rekla je Kate Scholberg, fizičarka čestica na Duke Univerzitetu koja nije bio uključena u eksperiment.
Standardni model fizike dominirao je naučnicima da shvataju Univerzum više od pola vijeka. To je lista čestica koja, zajedno, idu dug put ka objašnjenju kako materija i energija interaguju u kosmosu. Neke od ovih čestica, poput kvarkova i elektrona, prilično se mogu zamisliti: oni su građevinski elementi atoma koji čine sve što ćemo ikada dodirivati rukama. Drugi, poput tri poznata neutrina, su apstraktniji: oni su visoko-energetske čestice koje protiču kroz univerzum, jedva su u interakciji sa drugom materijom. Milijarde neutrina sa Sunca prolaze kroz nas svake sekunde, ali uglavnom nemaju nikakav uticaj na čestice napeg tijela.
Elektronski, muonski i tau neutrini – tri poznata “ukusa” – međutim, međusobno djeluju sa materijom, iako kroz slabu silu (jednu od četiri osnovne sile Univerzuma) i gravitaciju. (Njihovi antimaterijski blizanci ponekad imaju veze i sa materijom.) To znači da ih specijalizovani detektori mogu naći, izlazeći iz Sunca, kao i iz određenih ljudskih izvora, kao što su nuklearne reakcije. Ali eksperiment LSND-a, Scholberg je rekao za Live Science, pružio je prvi čvrst dokaz da ono što ljudi mogu otkriti možda nije puna slika.
Kako talasi neutrina prolaze kroz prostor, periodično “osciliraju”, skakaju napred i nazad između jednog ukusa i drugog, objasnila je ona. I LSND i MiniBooNE uključuju pucanje greda neutrina kod detektora skrivenog iza izolatora kako bi se blokiralo sve drugo zračenje. (U LSND, izolator je bio voda, u MiniBooNE-u, to je dno ulja.) I pažljivo procjenjuju koliko neutrina svake vrste napada detektor.
Oba eksperimenta su sada prijavila više detekcija neutrina nego što opisuje standardni model oscilacije neutrina koji su opisali autori u radu. To sugeriše, napisali su, da neutrini osciliraju u skrivene, teže, “sterilne” neutrine koje detektor ne može direktno detektovati prije osciliranja nazad u detektabilnu oblast. Rezultati MiniBooNE-a su imali standardnu devijaciju mjerenu na 4,8 sigma, samo su sjajni od fizičkih pragova 5,0. (Rezultat 5-sigma ima 1-u-3,5 miliona šanse da je rezultat slučajnih fluktuacija u podacima.) Istraživači su napisali da MiniBooNE i LSND zajedno predstavljaju rezultat od 6,1 sigma (što znači vjerojatnost od jedan u 500 miliona mada su neki istraživači izrazili skeptičan stav o toj tvrdnji.
Ako su LSND i MiniBooNE bili jedini eksperimenti sa neutrinima na Zemlji, Scholberg je rekao, to bi bio kraj toga. Standardni model bi se ažurirao da uključi neku vrstu sterilnog neutrina.
Ali postoji problem. Drugi glavni neutrino eksperimenti, poput podzemnog projekta Oscilacija sa eksperimentom za praćenje emulzije u Švajcarskoj, nisu našli anomaliju koju su sada vidjeli i LSND i MiniBooNE.
Još nedavno, 2017. godine, nakon što Opservatorij IceCube Neutrino na Antarktiku nije uspio da prikaže dokaze o sterilnim neutrinama, istraživači su uložili slučaj na Live Science da je još jedan prijavljeni signal čestica – nedostajućih antineutrina oko nuklearnih reaktora – bila greška i zapravo je rezultat loših proračuna.
Sterilni neutrini nisu bili odbačena ideja, rekao je Šolberg, ali nisu prihvatili nauku.
Rezultat MiniBooNE-a komplikuje sliku čestica.
“Postoje ljudi koji sumnjaju u rezultat”, rekla je ona, “ali nema razloga da mislite da nešto nije u redu [sa samim eksperimentom].”
Moguća je, rekla je ona, da se anomalija u eksperimentima LSND i MiniBooNE može ispostaviti kao “sistematična”, što znači da postoji nečije pitanje o tome kako neutrini interaguju sa eksperimentalnim postavkama koje naučnici još uvijek ne razumiju. Ali, takođe je sve više i više moguće da će naučnici morati objasniti zašto mnogi drugi eksperimenti ne otkrivaju vrlo stvarne sterilne neutrine koji se pojavljuju u laboratorijama Fermilab i Los Alamos Lab. Ako je to slučaj, moraće da revidiraju svoje cijelo razumjevanje Svemira u tom procesu.
Izvor: www.space.com