Πέφτει φως στο μυστήριο σωμάτιο νετρίνο

Πηγή: BBC, 31 Μαρτίου 2006

Οι φυσικοί έχουν επιβεβαιώσει ότι τα νετρίνα, που θεωρούνται ότι έχουν διαδραματίσει έναν βασικό ρόλο κατά τη διάρκεια της δημιουργίας του κόσμου, έχουν μάζα.

Αυτό είναι το πρώτο σημαντικό εύρημα του πειράματος Minos (Main Injector Neutrino Oscillation Search). Τα συμπεράσματα του πειράματος προτείνουν ότι το Καθιερωμένο Μοντέλο, που περιγράφει πώς συμπεριφέρονται και αλληλεπιδρούν οι δομικές μονάδες του κόσμου, χρειάζεται μια αναθεώρηση.

Το νετρίνο θεωρείται ζωτικής σημασίας για την κατανόηση που έχουμε  για τον κόσμο. Αλλά οι επιστήμονες ξέρουν δυστυχώς λίγα για αυτά τα θεμελιώδη σωματίδια. Τα συμπεράσματα αυτά στηρίζονται σε μια εργασία που εκτελείται από ιάπωνες φυσικούς.

Διαφορετικές "γεύσεις"

Το νετρίνο περιγράφεται μερικές φορές ως "σωματίδιο φάντασμα" επειδή μπορούν να διέλθουν μέσω του αχανούς διαστήματος, της γήινης ατμόσφαιρας και της ίδιας της γης με  σχεδόν καμία αλληλεπίδραση με την κανονική ύλη.

Αυτό φυσικά κάνει τη μελέτη τους πολύ δύσκολη.

Υπάρχουν δε τρία είδη - ή "γεύσεις" - νετρίνων: νετρίνο μιονίου, ταυ και ηλεκτρονίου.

Για να εξετάσουν τις ιδιότητές τους, οι επιστήμονες δημιούργηαν νετρίνα μιονίου σε έναν επιταχυντή σωματιδίων στο Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντών Fermilab στο Ιλλινόις.

Εκεί πυροδοτήθηκε μια ακτίνα υψηλής έντασης αυτών των σωματιδίων που δημιουργήθηκε σε ένα ανιχνευτή σωματιδίων στο Fermilab, και έπειτα ανιχνεύτηκε σε έναν άλλον ανιχνευτή μέσα σε ένα μη χρησιμοποιούμενο ορυχείο στο Σουδάν των ΗΠΑ και σε απόσταση 724 km μακριά.

"Επειδή αλληλεπιδρούν πολύ σπάνια με την ύλη μπορούμε να τα πυροδοτήσουμε κατ' ευθείαν προς την γη, και τα περισσότερα θα ταξιδέψουν κατευθείαν χωρίς να κάνουν καμιά αλληλεπίδραση", εξήγησε η Δρ Lisa Falk Harris, φυσικός σωματιδίων στο πανεπιστήμιο του Σάσσεξ, και μέλος της ομάδας Minos.

"Φυσικά, τα περισσότεροι από αυτά ταξιδεύουν μέσω των ανιχνευτών αλλά μόλις το ένα ή περίπου ένα αλληλεπιδρά ανά ημέρα."

Οι επιστήμονες που εξέτασαν τον αριθμό τους στο Σουδάν είδαν πολύ λιγότερα από αυτά που περίμεναν. Δηλαδή, είχαν εξαφανιστεί. Γιατί είχαν μετατραπεί σε έναν άλλο τύπο νετρίνων.

Οι φυσικοί ονομάζουν τη διαδικασία της αλλαγής από το έναν τύπο σε έναν άλλο τύπο, ταλάντωση γεύσης. Και για να είναι σε θέση να εξηγήσουν αυτόν τον μετασχηματισμό, η θεωρία της φυσικής σωματιδίων δηλώνει ότι τα σωματίδια χρειάζεται να έχουν μάζα.

"Το γεγονός ότι τα βλέπουμε να εξαφανίζονται και να κάνουν αυτήν την μικρή μεταστοιχείωση, σημαίνει ότι πρέπει να έχουν μάζα", εξηγεί ο Δρ Falk Harris.

Το μυστήριο της 'ελλείπουσας μάζας'

Τα γεγονότα αυτά είναι τα πρώτα αποτελέσματα από το πείραμα Minos, που περιλαμβάνει επιστήμονες από 32 ιδρύματα σε έξι χώρες.

Επιβεβαιώνει δε τις προηγούμενες παρατηρήσεις της 'εξαφάνισης' των νετρίνων που βρέθηκε το 2002 από το ιαπωνικό πείραμα K2K, όπου επιστήμονες πυροδότησα νετρίνα μιονίου προς έναν ανιχνευτή, τον οποίο τοποθέτησαν 240 km μακριά από την πηγή τους.

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", εξηγεί ο Δρ Falk Harris.

"Αλλά αυτό το μοντέλο μας λέει ότι τα νετρίνα δεν πρέπει να έχουν καμία μάζα. Έτσι το γεγονός ότι έχουμε πάρει ανεξάρτητες μετρήσεις των νετρίνων που μας λένε ότι πρέπει να έχουν μάζα, σημαίνει ότι αυτό το Καθιερωμένο Μοντέλο πρέπει να αναθεωρηθεί ή να αντικατασταθεί από κάποιο άλλο."

Μακροπρόθεσμα, τα συμπεράσματα μπορούν επίσης να μας βοηθήσουν να καταλάβουμε καλύτερα το μυστήριο της "ελλείπουσας μάζας" στο Κόσμο.

"Αρκετές παρατηρήσεις δείχνουν να υπάρχει πολύ περισσότερη μάζα στον Κόσμο από όση είναι ορατή", αναφέρει ο καθηγητής Jenny Thomas, έναν φυσικός σωματιδίων στο πανεπιστημιακό Κολέγιο του Λονδίνου και μέλος της ομάδας Minos.

"Περιβαλλόμαστε από τα νετρίνα, μάλιστα σε κάθε κυβικό εκατοστόμετρο υπάρχουν εκατοντάδες νετρίνα κάθε στιγμή. Για να το πω 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.

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