Σωματιδιακή φυσική

Τελική ανάλυση του πειράματος OPERA για τις ταλαντώσεις των νετρίνων

Written by Δ.Μ.

Η τελική ανάλυση των δεδομένων που συλλέχθηκαν από το πείραμα OPERA βελτιώνει την ακρίβεια των μετρήσεων των νετρίνων που ταλαντώνονται μεταξύ δύο γεύσεων νετρίνο μιονίου και νετρίνο ταυ.

Share

Η τελική ανάλυση των δεδομένων που συλλέχθηκαν από το πείραμα OPERA στο Gran Sasso της Ιταλίας, βελτιώνει την ακρίβεια των μετρήσεων των νετρίνων που ταλαντώνονται μεταξύ δύο γεύσεων νετρίνο μιονίου και νετρίνο ταυ.

OPERA Collaboration

Τα νετρίνα κυριολεκτικά κατακλύζουν το σύμπαν, αφού ενδεικτικά κάθε δευτερόλεπτο περίπου 100 τρισεκατομμύρια περνούν μέσα από το σώμα μας. Ωστόσο είναι ακίνδυνα και δεν γίνονται αντιληπτά, αφού αλληλεπιδρούν ασθενώς με την ύλη. Επίσης, διακρίνονται σε τρία είδη, γνωστά και ως «γεύσεις»: τα νετρίνα ηλεκτρονίων, τα μιονικά νετρίνα και τα νετρίνα ταυ. Παρ’ όλα αυτά, «μεταμορφώνονται» από το ένα είδος στο άλλο, καθώς μπορούν να αλλάζουν «γεύση».

ethnikoergastiriogkransasso

Το Εθνικό Εργαστήριο Γκραν Σάσσο στην Ιταλία, το οποίο βρίσκεται 1400 μέτρα κάτω από την επιφάνεια του όρους Γκραν Σάσσο, 120 χιλιόμετρα έξω από τη Ρώμη

Το πείραμα OPERA στο Gran Sasso σχεδιάστηκε για να ανιχνεύσει τον τύπο ταλάντωσης των νετρίνων στην οποία ένα νετρίνο με γεύση μιονίου μετατρέπεται σε νετρίνο με γεύση ταυ. Το πείραμα, το οποίο διεξήχθη μεταξύ του 2008 και του 2012, έψαξε για τα νετρίνα ταυ, που εμφανίζονται μέσα σε μια δέσμη νετρίνων με γεύση μιονίου το οποίο παράγεται στο CERN. Η ανίχνευση πέντε νετρίνων ταυ επέτρεψε στην συνεργασία OPERA να διεκδικήσει την ανακάλυψη των ταλαντώσεων νετρίνων γεύσης μιονίου-ταυ το 2015.

Η ίδια συνεργασία αναφέρει τώρα μια ανανεωμένη ανάλυση που δείχνει ότι οι ανιχνευτές OPERA έβλεπαν πραγματικά δέκα νετρίνα ταυ. Τα νέα αποτελέσματα παρέχουν επίσης ακριβέστερες εκτιμήσεις των παραμέτρων που περιγράφουν τις ταλαντώσεις των νετρίνων και τις ιδιότητες του νετρίνου με γεύση ταυ.

Οι ταλαντώσεις μεταξύ των νετρίνων διαφορετικών γεύσεων είναι δυνατές μόνο εάν τα νετρίνα έχουν μάζα. Ενώ πολλά πειράματα έχουν δει ταλαντώσεις νετρίνων, οι ερευνητές προσπαθούν ακόμα να βελτιώσουν την ακρίβεια των μετρήσεων της διαδικασίας, γεγονός που θα μπορούσε να αποκαλύψει λεπτομέρειες για τους μηχανισμούς που δίνουν μάζα στο νετρίνο. Η τελική ανάλυση των δεδομένων της OPERA βασίζεται σε μια στρατηγική που, σε σύγκριση με την προηγούμενη στρατηγική, είναι καλύτερα βελτιστοποιημένη για να διακρίνει μεταξύ των νετρίνων ταυ και των νετρίνων του μιονίου. Η νέα ανάλυση υποδηλώνει ότι από τα 19.505 ανιχνευόμενα νετρίνα, δέκα ήταν τα νετρίνα ταυ, γεγονός που ενισχύει την στατιστική εμπιστοσύνη στην ανίχνευση ταλαντώσεων σε σύγκριση με την έκθεση του 2015.


simplemodel

Το Καθιερωμένο Μοντέλο ήταν ο θρίαμβος της σωματιδιακής φυσικής της δεκαετίας του 1970. Περικλείει όλα όσα γνωρίζουμε μέχρι τώρα και έχει από τότε προβλέψει με επιτυχία τι  θα συμβεί σε μια μεγάλη ποικιλία πειραμάτων. Σήμερα, το Καθιερωμένο Μοντέλο είναι μια βαθιά ριζωμένη θεωρία με εφαρμογές πάνω σε μια ευρεία περιοχή συνθηκών. Στον πίνακα δεν περιλαμβάνεται το σωματίδιο Higgs ή σωματίδιο του Θεού που λέγεται ότι έδωσε τη μάζα στα σωματίδια

Για δεκαετίες, οι φυσικοί θεωρούσαν πως τα νετρίνα έχουν μηδενική μάζα, κάτι που καταρρίφθηκε το 1998 από παρατηρησιακά δεδομένα. Μέχρι σήμερα όμως, δεν είναι γνωστές οι ακριβείς τιμές της και, ακόμη περισσότερο, για ποιον λόγο τα νετρίνα έχουν μάζα. Η απρόσμενη ανακάλυψη του 1998 αποκλίνει επίσης από τις προβλέψεις του Καθιερωμένου Προτύπου, του μοντέλου που περιγράφει τα γνωστά στοιχειώδη σωμάτια και τους 3 από τους 4 τρόπους με τους οποίους αυτά αλληλεπιδρούν. Έτσι, η καλύτερη κατανόηση αυτών των «φευγαλέων» σωματιδίων είναι πιθανό να ανοίξει τον δρόμο για να εξηγηθούν πληρέστερα οι νόμοι της φύσης.

Τα νετρίνα, τα πανταχού παρόντα στοιχειώδη αόρατα σωματίδια, είναι μια πηγή γοητείας από τότε που ο διακεκριμένος θεωρητικός φυσικός Βολφγκαγκ Πάουλι πρότεινε την παρουσία τους το 1930. Τα σώματα μας βομβαρδίζονται συνεχώς από τα νετρίνα που διέρχονται ελεύθερα από μέσα μας χωρίς να μας ειδοποιούν. Κάθε δευτερόλεπτο, περίπου 1014 νετρίνα από τον ήλιο και 103 νετρίνα, που δημιουργούνται από τις κοσμικές ακτίνες στη γήινη ατμόσφαιρα, περνούν δια μέσου του καθενός μας. Ενώ μέσα σε κάθε έναν από μας βρίσκονται σε κάθε στιγμή περίπου 107 νετρίνα, λείψανα της Μεγάλης Έκρηξης. Δηλαδή μέσα σε 10 δευτερόλεπτα από σας πέρασαν 200 τρισεκατομμύρια νετρίνα κατά προσέγγιση, που προέρχονται από τον ήλιο, τις κοσμικές ακτίνες και από τις απόμακρες σουπερνόβες.

Δεν έχουν κανένα ηλεκτρικό φορτίο κι έτσι δεν υπόκεινται στις ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις. Και δεν αισθάνονται την ισχυρή πυρηνική δύναμη, η οποία βοηθάει τα πρωτόνια και νετρόνια να δεσμεύονται μαζί στους πυρήνες. Έχουν ελάχιστη μάζα και αισθάνονται μόνο την ασθενή πυρηνική δύναμη. Δημιουργούνται δε όταν μέσα στους πυρήνες γίνεται η διάσπαση βήτα – όταν δηλαδή τα νετρόνια μετατρέπονται σε πρωτόνια.

Κατ’ αρχάς τα νετρίνα αλληλεπιδρούν, αν και μόνο ασθενώς και πολύ σπάνια. Αν και ένα νετρίνο από τον ήλιο θα έπρεπε να ταξιδέψει, κατά μέσον όρο, μέσω μιας πλάκας μολύβδου πάχους περισσότερο από 1 έτος φωτός προτού να αλληλεπιδράσει με κάποιο άτομο, η εκπληκτικά υψηλή ηλιακή ροή νετρίνων κάνει δυνατό να παρατηρήσουμε τον ήλιο με τη βοήθεια των νετρίνων. Επίσης, τα νετρίνα με πολύ υψηλές ενέργειες αλληλεπιδρούν με την ύλη συχνότερα, κάνοντας έτσι ευκολότερο να τα παρατηρήσουμε και αυτό εν συνεχεία επιτρέπει την ανίχνευση των νετρίνων που δημιουργούνται από τις κοσμικές ακτίνες υψηλής ενέργειας, που προσκρούουν πάνω στην ατμόσφαιρα.  

Η επιβεβαίωση ότι το νετρίνο έχει μάζα θα έχει βαθιές επιπτώσεις στο Καθιερωμένο Μοντέλο της φυσικής των σωματιδίων. Στη φυσική σωματιδίων υπάρχει το Καθιερωμένο Μοντέλο που περιγράφει με ποιο τρόπο συμπεριφέρονται οι θεμελιώδεις δομικές μονάδες της ύλης καθώς και πως αλληλεπιδρούν η μία με την άλλη.

Περιβαλλόμαστε από τα νετρίνα, μάλιστα σε κάθε κυβικό εκατοστόμετρο υπάρχουν εκατοντάδες νετρίνα κάθε στιγμή. Για να το πούμε απλά, εάν έχουν μάζα αυτό σημαίνει ότι υπάρχει πολύ περισσότερη μάζα στον κόσμο από ότι νομίζαμε ότι υπάρχει.

Το νετρίνο θεωρείται επίσης ότι έχει διαδραματίσει έναν σημαντικό ρόλο στο σχηματισμό του σύμπαντος. Τα συμπεράσματα του πειράματος Minos καθώς και τα μελλοντικά μπορούν να βοηθήσουν στο να καταλάβουμε τον τρόπο με τον οποίο δημιουργήθηκε η ύλη, και γιατί τόσο μεγάλο μέρος της αντιύλης του κόσμου έχει εξαφανιστεί.

Πηγή

About the author

Δ.Μ.

Share