Μια ανάλυση περισσότερων από 300.000 ανιχνεύσεων νετρίνων μιονίου δεν παρέχει μέχρι στιγμής κανένα στοιχείο για την ύπαρξη στείρων ή άγονων νετρίνων – ένα εύρημα που έρχεται σε αντίθεση με άλλα πειράματα. Το στείρο νετρίνο είναι μια ύποπτη τέταρτη «γεύση» νετρίνου που θα εντασσόταν στις τάξεις των 3 γνωστών τύπων νετρίνων: του μιονίου, του ταυ και του ηλεκτρονίου, στοιχειώδη σωματίδια που αποτελούν το γνωστό σύμπαν.
Φυσικοί πρόσφατα δεν βρήκαν στοιχεία για ένα παράξενο, θεωρητικό σωματίδιο που ονομάζεται “άγονο νετρίνο”. Είναι ήδη γνωστό ότι υπάρχουν τρία είδη νετρίνων
Η εύρεση ενός τέταρτου τύπου νετρίνου θα ήταν τεράστια ανακάλυψη. Θα επαναπροσδιόριζε την κατανόησή μας για τα στοιχειώδη σωματίδια και τις αλληλεπιδράσεις τους στο γνωστό Καθιερωμένο Μοντέλο.
Ερευνητές σε δύο πειράματα συνεργάστηκαν για να βρουν τα στείρα νετρίνα χρησιμοποιώντας μερικά από τα πιο προηγμένα και ακριβή εργαλεία στον κόσμο.
Η εκτεταμένη αναζήτηση για αυτό το υποθετικό σωματίδιο δεν απέφερε τίποτα. Το άγονο νετρίνο είναι ένα υποθετικό – προτεινόμενο υποατομικό σωματίδιο που θα μπορούσε ακόμη και να είναι υποψήφιο για τη μυστηριώδη σκοτεινή ύλη , και παρόλο που προηγούμενες μελέτες έχουν υπαινιχθεί την ύπαρξή του, αυτά τα δύο νέα πειράματα το απέκλεισαν.
Τα νετρίνα είναι στοιχειώδη σωματίδια χωρίς ηλεκτρικό φορτίο και απίστευτα μικροσκοπική μάζα. Έρχονται σε τρεις «γεύσεις» – τα νετρίνα του μιονίου, του ταυ και του ηλεκτρονίου – και είναι γνωστό ότι εναλλάσσονται μεταξύ τους εν κινήσει ενώ περιστρέφονται σε όλο το σύμπαν σχεδόν χωρίς να εμποδίζονται.
Για μεγάλο χρονικό διάστημα είχε προταθεί αυτή η τέταρτη γεύση. Ενώ οι τρεις υπάρχουσες γεύσεις αλληλεπιδρούν με την κανονική ύλη μέσω της βαρύτητας και της ασθενούς πυρηνικής δύναμης, τα άγονα νετρίνα θεωρούνται ότι αλληλεπιδρούν μόνο μέσω της βαρύτητας. Δυστυχώς αυτή η ιδιότητα τα καθιστά πολύ δύσκολο να εντοπιστούν.
Δεν οφείλεται όμως η μη ανακάλυψη τους από την έλλειψη προσπάθειας. Έχουν ξεκινήσει πολλά πειράματα για την εύρεση αποδεικτικών στοιχείων των στείρων νετρίνων και τώρα έχουν εξεταστεί δεδομένα από δύο από αυτά. Δεν βρέθηκε ίχνος στείρων νετρίνων, κάτι που θα μπορούσε να θέσει υπό αμφισβήτηση την ύπαρξή τους.
«Είναι ένα σημαντικό αποτέλεσμα για τη φυσική των σωματιδίων», λέει ο φυσικός Alexandre Sousa, συγγραφέας της μελέτης. “Παρέχει μια σχεδόν οριστική απάντηση σε μια ερώτηση που έχει παραμείνει για πάνω από 20 χρόνια.”
Τα δύο πειράματα χρησιμοποίησαν πολύ διαφορετικές μεθόδους ανίχνευσης. Το πρώτο, γνωστό ως Daya Bay Reactor Neutrino Experiment, είναι μια σειρά ανιχνευτών που έχουν δημιουργηθεί κοντά σε υπάρχοντες πυρηνικούς σταθμούς εκτός Χονγκ Κονγκ. Δεδομένου ότι τα νετρίνα παράγονται σε πυρηνικούς αντιδραστήρες και στη συνέχεια διέρχονται από την περισσότερη ύλη, αυτοί οι ανιχνευτές μπορούν να τα μελετήσουν καθώς απομακρύνονται μακριά.
Το δεύτερο πείραμα ονομάζεται MINOS + , το οποίο διευθύνει το Fermilab στις ΗΠΑ. Αυτό δημιουργεί μια δέσμη νετρίνων και στη συνέχεια τα στέλνει να πετάξουν μέσα από 734 χλμ. βράχου, σε έναν ανιχνευτή σε μια άλλη εγκατάσταση και σε άλλη πολιτεία.
Και στις δύο περιπτώσεις, οι επιστήμονες μελετούσαν τις ταλαντώσεις των νετρίνων – την τάση τους να εναλλάσσονται μεταξύ γεύσεων καθώς ταξιδεύουν. Εάν τα νετρίνα μιονίου ταλαντώνονται προς στείρα νετρίνα, φαίνεται να εξαφανίζονται, και αυτό περίμενε να δει η ομάδα. Δυστυχώς δεν έγιναν τέτοιες ανιχνεύσεις.
«Όλοι θα ήμασταν απόλυτα ενθουσιασμένοι για να βρούμε αποδεικτικά στοιχεία για τα άγονα νετρίνα, αλλά τα δεδομένα που έχουμε συλλέξει μέχρι στιγμής δεν υποστηρίζουν κανένα είδος ταλάντωσης νετρίνων για να μετασχηματιστούν σε άγονα», λέει ο Pedro Ochoa-Ricoux, συγγραφέας της μελέτης.
Είναι ενδιαφέρον ότι αυτά τα νέα αποτελέσματα έρχονται σε αντίθεση με προηγούμενα πειράματα, τα οποία κατέγραψαν ανωμαλίες που θα μπορούσαν να εξηγηθούν από στείρα νετρίνα.
«Τα αποτελέσματά μας δεν είναι συμβατά με την ερμηνεία των ανωμαλιών από στείρα νετρίνα», λέει ο Adam Aurisano, συγγραφέας της μελέτης. “Έτσι αυτά τα πειράματα αφαιρούν μια πιθανότητα – την κύρια πιθανότητα – ότι οι ταλαντώσεις σε στείρα νετρίνα εξηγούν αποκλειστικά αυτές τις ανωμαλίες.
Φυσικά, αυτά τα αποτελέσματα δεν αποδεικνύουν απαραίτητα την ύπαρξη στείρων νετρίνων. Αντ ‘αυτού, περιορίζει απλώς το εύρος των πιθανών ιδιοτήτων που μπορεί να έχουν, βοηθώντας τους φυσικούς να εστιάσουν την αναζήτησή τους στο μέλλον.
«Νομίζω ότι τα στείρα νετρίνα είναι πιθανότερο να μην υπάρχουν σε υψηλές ενέργειες», λέει ο Aurisano. «Στην αρχή του σύμπαντος, θα περίμενε κανείς ότι θα υπήρχαν στείρα νετρίνα. Χωρίς αυτά, είναι δύσκολο να εξηγήσουμε πτυχές της μάζας των νετρίνων. ”
Εάν υπάρχουν, τα στείρα νετρίνα εμπλέκονται σε πολλά κοσμολογικά μυστήρια. Παραμένουν μεταξύ των υποψήφιων σωματιδίων για την σκοτεινή ύλη, αυτή η περίεργη ύλη που πιστεύεται ότι διαπερνά το σύμπαν και αλληλεπιδρά μόνο με την κανονική ύλη μέσω της βαρύτητας – μια ιδιότητα που προβλέπεται επίσης για τα στείρα νετρίνα. Θα μπορούσαν, επίσης, να εξηγήσουν την ανισορροπία μεταξύ ύλης και αντιύλης στο σύμπαν σήμερα.
Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Physical Review Letters .
Πηγή: Πανεπιστήμιο του Σινσινάτι
