Όταν τα νετρίνο αλλάζουν τύπο, μερικά πρέπει να έχουν μάζα

Από σελίδα του UniSci, 23 Απριλίου 2002

Ο ήλιος εκπέμπει τα νετρίνο των ηλεκτρονίων, στοιχειώδη σωματίδια της ύλης που δεν έχουν κανένα ηλεκτρικό φορτίο και έχουν πολύ μικρή μάζα, που δημιουργούνται σε απίστευτες ποσότητες από τις θερμοπυρηνικές αντιδράσεις που τροφοδοτούν με καύσιμα το γονικό μας αστέρι.

Από την αρχή της δεκαετίας του '70, διάφορα πειράματα έχουν ανιχνεύσει τα νετρίνα που φθάνουν στη γη, αλλά έχουν βρεί μόνο ένα μέρος του αριθμού που αναμενόταν βάσει των λεπτομερών θεωριών της ενεργειακής παραγωγής στον ήλιο

Αυτό σημαίνει ότι υπήρξε είτε κάτι λανθασμένο με τις θεωρίες μας για τον ήλιο, είτε η κατανόηση μας για τα νετρίνα.

Επειδή οι θεωρίες μας για το πώς ο ήλιος μας τροφοδοτείται με καύσιμα φαίνονται να είναι σωστές, βγαίνουν λοιπόν από το μέση, σύμφωνα με μια ομάδα των επιστημόνων από το Ηνωμένο Βασίλειο, τις ΗΠΑ και τον Καναδά τα  πιό   πρόσφατα αποτελέσματα των οποίων από την έρευνα στα ηλιακά νετρίνα αναγγέλθηκαν το Σάββατο (20 Απριλίου 2002).

Αυτά τα φανταστικά σωματίδια έχουν τις ικανότητες "χαμαιλεόντων", μεταβαλλόμενα από τον έναν τύπο νετρίνο σε άλλο κατά το ταξίδι τους από τον Ήλιο στη Γη.

Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν τα στοιχεία που λήφθηκαν εξ ολοκλήρου από το παρατηρητήριο Sudbury Neutrino (SNO) στον Καναδά, ο οποίος εμφανίζει χωρίς αμφιβολία ότι ο αριθμός των παρατηρηθέντων ηλιακών νετρίνων είναι μόνο ένα μέρος του συνόλου που εκπέμπεται από τον ήλιο -- σαφής ένδειξη ότι αλλάζουν τον τύπο καθ'οδόν προς τη Γη.

Ο διευθυντής του προγράμματος Art McDonald του Πανεπιστημίου της Βασίλισσας στον Καναδά λέει ότι, "αυτά τα νέα αποτελέσματα εμφανίζουν έναν σαφή, απλό και ακριβή τρόπο ότι τα ηλιακά νετρίνα αλλάζουν τον τύπο τους. Ο συνολικός αριθμός νετρίνων που παρατηρούμε είναι σε άριστη συμφωνία με τους υπολογισμούς των πυρηνικών αντιδράσεων που τροφοδοτούν τον ήλιο. Η ομάδα του SNO είναι πραγματικά συγκινημένη επειδή αυτές οι μετρήσεις επιτρέπουν στις ιδιότητες του νετρίνο να οριστούν με πολύ μεγαλύτερη βεβαιότητα στις καθιερωμένες θεωρίες των στοιχειωδών σωματιδίων."

Τα νετρίνα είναι γνωστό ότι υπάρχουν σε τρεις τύπους σχετικούς με τα τρία διαφορετικά φορτισμένα σωματίδια -- το ηλεκτρόνιο, και τους μικρότερους γνωστούς συγγενείς του, το μιόνιο και το ταυ. Ο ήλιος εκπέμπει τα νετρίνα των ηλεκτρονίων, τα οποία δημιουργούνται στις θερμοπυρηνικές αντιδράσεις στον ηλιακό πυρήνα. Τα προηγούμενα πειράματα είχαν βρεί λιγότερα νετρίνα ηλεκτρονίων από τα προτεινόμενα από τους υπολογισμούς, που βασίζονται στον τρόπο με τον οποίο ο ήλιος καίει τα καύσιμα του (το υδρογόνο) -- που είναι το διάσημο πια "ηλιακό πρόβλημα του νετρίνο."

Τα αποτελέσματα που αναγγέλλθηκαν το Σάββατο στην κοινή συνεδρίαση της Αμερικανικής Φυσικής Εταιρείας και της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας στο Αλμπικέρκη, του New Mexico, δείχνουν ότι ο αριθμός των νετρίνων ηλεκτρονίου που ανιχνεύεται είναι περίπου το 1/3 του αριθμού που αναμένεται σύμφωνα με τους υπολογισμούς, τους βασισμένους στα πιό πρόσφατα περίπλοκα μοντέλα του ηλιακού πυρήνα.

Ο ανιχνευτής του SNO χρησιμοποιεί τις μοναδικές ιδιότητες του βαρέως ύδατος -- στο οποίο το υδρογόνο έχει ένα πρόσθετο νετρόνιο στον πυρήνα του -- για να ανιχνεύσει όχι μόνο τα νετρίνα ηλεκτρονίου μέσω ενός τύπου αντίδρασης, αλλά και και τους τρεις γνωστούς τύπους του νετρίνου μέσω μιας διαφορετικής αντίδρασης.

Ο συνολικός αριθμός και των τριών τύπων του νετρίνο συμφωνεί καλά με τους υπολογισμούς. Αυτό εμφανίζει σαφώς ότι τα νετρίνα ηλεκτρονίων που εκπέμπονται από τον ήλιο έχουν αλλάξει σε νετρίνα μιονίου ή ταυ προτού να φθάσουν πάνω στη Γη.

Ο Δρ Andre Hamer του Εθνικού Εργαστηρίου στο Los Alamos είπε ότι, "προκειμένου να γίνουν αυτές οι μετρήσεις έπρεπε να περιορίσουμε τη ραδιενέργεια στον ανιχνευτή σε μικρά επίπεδα και να καθορίσουμε με μεγάλη ακρίβεια και τα σήματα του νετρίνο και το υπόβαθρο των ανιχνευτών -- για να δείξουμε με σαφήνεια πως παρατηρούμε τα νετρίνα από τον ήλιο. Η προσοχή που λήφθηκε σε όλο αυτό το πείραμα για να ελαχιστοποιήσουμε τη ραδιενέργεια, και η προσεκτικές βαθμολόγηση και η ανάλυση των στοιχείων μας, έχουν επιτρέψει σε μας να κάνουμε αυτές τις μετρήσεις του νετρίνο με μεγάλη ακρίβεια "

Τον Ιούνιο πέρυσι, αποτελέσματα από την ανίχνευση των νετρίνων ηλεκτρονίων στο SNO για πρώτη φορά υπέδειξαν, με μια βεβαιότητα 99,9%, ότι τα νετρίνα αλλάζουν τον τύπο τους στο δρόμο τους από τον ήλιο, λύνοντας κατά συνέπεια το, από μακρού υφιστάμενο πρόβλημα -- ή έτσι αυτό θεωρήθηκε. Εντούτοις, αυτά τα συμπεράσματα βασίστηκαν στις συγκρίσεις των αποτελεσμάτων του SNO με εκείνα από ένα διαφορετικό πείραμα, του ανιχνευτή Super-Kamiokande, που βρίσκεται στην Ιαπωνία.

Ο καθ. Dave Wark του Πανεπιστημίου του Σάσσεξ και του Εργαστηρίου Rutherford Appleton, στην Οξφόρδη, σχολίασε, "Όποτε ένα επιστημονικό συμπέρασμα στηρίζεται σε δύο πειράματα, και στη θεωρία που τα συνδέει μεταξύ τους, είναι δύο φορές πιο δύσκολο να είναι σίγουρο ότι καταλαβαίνετε τι πρόκειται να συνεχιστεί. Είμαστε επομένως πιό σίγουροι τώρα που έχουμε δείξει πραγματικά ότι τα ηλιακά νετρίνα αλλάζουν τύπο."

Τα πιό πρόσφατα αποτελέσματα, εξ ολοκλήρου από τον ανιχνευτή SNO, (και που έχουν υποβληθεί στο Physical Review Letters), είναι 99,999% ακριβή, και είναι μεγάλης σπουδαιότητας λόγω του τρόπου με τον οποίο οι φυσικοί σκέφτονται ότι τα νετρίνα  -- που από καιρό θεωρούνταν άμαζα σωματίδια -- αλλάζουν τύπους, δεδομένου ότι αυτό συμβαίνει μόνο εάν οι διαφορετικοί τύποι έχουν διαφορετικές μάζες.