Ο ισχυρισμός για μια σπάνια διάσπαση ανακινεί διαμάχη

Από σελίδα του PhysicsWeb, 11 Φεβρουαρίου 2002

Οι φυσικοί από το Ινστιτούτο Max Planck για την Πυρηνική Φυσική στη Χαϊδελβέργη,   υποστηρίζουν ότι έχουν παρατηρήσει τη σπανιότερη γνωστή πυρηνική διάσπαση για πρώτη φορά. Ο Hans Klapdor - Kleingrothaus και οι συνάδελφοι του έχουν αναλύσει τα στοιχεία από ένα πείραμα στο εργαστήριο Gran Sasso στην Ιταλία και λένε ότι έχουν ισχυρά στοιχεία για την διπλή-βήτα διάσπαση χωρίς νετρίνα. Μια τέτοια ανακάλυψη θα ήταν μια από τις μεγαλύτερες σημαντικές ανακαλύψεις στη φυσική των σωματιδίων για πολλά έτη, αλλά άλλοι ερευνητές στο ίδιο πεδίο θεωρούν ότι ο ισχυρισμός αυτός είναι βασισμένος σε μια λανθασμένη ανάλυση των στοιχείων (Mod. Phys. Lett. 16 2409).

Στην βήτα διάσπαση, ένα από τα νετρόνια, σε ένα ασταθή πυρήνα, μετατρέπεται σε ένα πρωτόνιο, αναγκάζοντας έτσι την εκπομπή ενός ηλεκτρονίου και ενός αντινετρίνο του ηλεκτρονίου. Υπάρχει μια ελάχιστη πιθανότητα, εντούτοις, ότι δύο νετρόνια θα μετατραπούν ταυτόχρονα σε πρωτόνια, με συνέπεια την εκπομπή δύο ηλεκτρονίων με ακριβώς καθορισμένες ενέργειες.

Μια τέτοια διάσπαση θα μπορούσε να εμφανιστεί χωρίς την εκπομπή οποιωνδήποτε νετρίνων, αλλά αυτό θα παραβίαζε έναν από τους θεμελιώδεις κανόνες στο Καθιερωμένο Μοντέλο της Σωματιδιακής Φυσικής, την διατήρηση του "λεπτονικού αριθμού": τα ηλεκτρόνια και τα νετρίνα ηλεκτρονίων έχουν έναν λεπτονικό αριθμό 1, και τα ποζιτρόνια και τα αντινετρίνα ηλεκτρονίων έχουν έναν λεπτονικό αριθμό -1. Επίσης θα σήμαινε ότι το νετρίνο είναι ένα σωματίδιο Majorana, όπως καλείται,  - δηλαδή το ίδιο σωματίδιο είναι και το αντισωμάτιό του - και θα παρείχε μια τιμή για την απόλυτη μάζα του νετρίνο, η οποία μπορεί να υπολογιστεί από τον χρόνο ημιζωής της αποσύνθεσης.

Σε ένα έγγραφο που δημοσιεύεται στα Modern Physics Letters A , η γερμανική ομάδα υποστηρίζει ότι έχει βρεί την αποκαλυπτική αιχμή στο φάσμα των ενεργειών των ηλεκτρονίων, που παράγονται από το πείραμα της Χαϊδελβέργης -Μόσχας, το οποίο ψάχνει για πυρηνικές διασπάσεις σε 11.5 χιλιόγραμμα γερμάνιου-76. Ο Ed Witten, ένας θεωρητικός φυσικός στο Ίδρυμα Προηγμένων Μελετών στο Princeton, είπε στους εκδότες του περιοδικού ότι εάν η ανακάλυψη ήταν αληθινή, θα ήταν ένα "πραγματικό ορόσημο... δίνοντας μας ένα σημαντικό παράθυρο στη φυσική πέρα από το Καθιερωμένο Μοντέλο".

Ο Witten επίσης επισημαίνει ότι η εκτίμηση της γερμανικής ομάδας για τη μάζα του νετρίνο - 0,39 eV - είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή που προτείνεται από τα αποτελέσματα των πειραμάτων της ταλάντωσης του νετρίνο. Αυτή η εκτίμηση σημαίνει ότι τα νετρίνα θα μπορούσαν να είναι μια σημαντική πηγή σκοτεινής ύλης στο Σύμπαν.

Αλλά μια ομάδα 26 φυσικών σωματιδίων από σε όλο τον κόσμο έχει γράψει στο περιοδικό, υποστηρίζοντας ότι τα στοιχεία δείχνουν ένα επίπεδο υπόβαθρο με πολύ λίγο σήμα. Θεωρούν ότι ο Klapdor-Kleingrothaus και οι συνάδελφοι του έχουν αναλύσει μόνο επιλεκτικά στοιχεία.

Ένας από τους ομο-συντάκτες της επιστολής, ο Frank Avignone του Πανεπιστημίου της Νότιας Καρολίνας, είπε ότι μια τέτοια ανακάλυψη θα άξιζε αυτόματα ένα βραβείο Νόμπελ. Αλλά τονίζει ότι το επίπεδο αβεβαιότητας που αναφέρεται από το Γερμανικό γκρούπ είναι δύο ή τρία σίγμα --αυτό είναι ισοδύναμο με ένα επίπεδο εμπιστοσύνης 95%, που δεν είναι αρκετά μεγάλο για να επικρατήσει μια ανακάλυψη σε πολλά πεδία της φυσικής.