Επιστήμονες από το Fermilab, εργαστήριο Departamento του Energia του Estados Unidos, ανακοίνωσαν αυτήν την Τετάρτη (27) την απουσία στοιχείων για την ύπαρξη του στείρου νετρίνου. Τα δεδομένα ελήφθησαν από το πείραμα MicroBooNE, που βρίσκεται στα Batavia, Illinois. Το συμπέρασμα έρχεται σε αντίθεση με υποθέσεις που τέθηκαν από τη δεκαετία του 1990 για να εξηγήσουν τις ανώμαλες ταλαντώσεις νετρίνων.
Το αποτέλεσμα δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature και αντιπροσωπεύει ένα ορόσημο στην έρευνα των στοιχειωδών σωματιδίων. Η αναζήτηση για το στείρο νετρίνο κέρδισε ορμή μετά από προηγούμενα πειράματα που κατέγραψαν απροσδόκητες συμπεριφορές στις τρεις γνωστές γεύσεις: ηλεκτρόνιο, μιόνιο και ταυ.
Λεπτομέρειες πειράματος MicroBooNE
Το MicroBooNE χρησιμοποιεί έναν ανιχνευτή υγρού αργού χωρητικότητας 170 τόνων. Ο εξοπλισμός καταγράφει τις αλληλεπιδράσεις των νετρίνων που παράγονται από τον επιταχυντή Fermilab.
Σε τέσσερα χρόνια, η συνεργασία ανέλυσε εκατομμύρια γεγονότα. Στα δοκιμασμένα κανάλια εντοπίστηκε σήμα Nenhum συμβατό με τη μετάβαση σε στείρο νετρίνο.
Οι ερευνητές συνέκριναν τα δεδομένα με προβλέψεις Modelo Padrão συν ένα τέταρτο νετρίνο. Η ασυμβατότητα ήταν σαφής σε πολλαπλά θεωρητικά σενάρια.
Πλαίσιο προηγούμενων ανωμαλιών
Στη δεκαετία του 1990, τα πειράματα LSND και MiniBooNE παρατήρησαν υπερβολικά γεγονότα που υποδήλωναν ταλαντώσεις σε μικρές αποστάσεις. Οι ταλαντώσεις Essas απαιτούσαν μάζα μεγαλύτερη από την προβλεπόμενη για γνωστά νετρίνα.
Η υπόθεση του στείρου νετρίνου προέκυψε ως μια κομψή εξήγηση. Το σωματίδιο Essa θα αλληλεπιδρούσε μόνο μέσω της βαρύτητας και θα μπορούσε να αποτελέσει μέρος της σκοτεινής ύλης.
- Πείραμα LSND (1993-1998): περίσσεια ηλεκτρονικών νετρίνων
- MiniBooNE (2002-2019): διφορούμενα αποτελέσματα, με σήμα υψηλότερο από το αναμενόμενο
- MicroBooNE (2015-2021): καμία ένδειξη στείρας μετάβασης
Συνέπειες για το Modelo Padrão
Justin Evans, Universidade καθηγητής του The statement ενισχύει την ευρωστία της τρέχουσας θεωρίας, αλλά αφήνει ανοιχτά ερωτήματα σχετικά με προηγούμενα αποτελέσματα.
Ο Matthew Toups, ανώτερος επιστήμονας στο Fermilab, τόνισε τη σαφήνεια του αρνητικού αποτελέσματος. Ο Ele αμφισβήτησε τι πραγματικά παρατηρήθηκε στα πειράματα που ανέφεραν ανωμαλίες.
Εναλλακτικές υποθέσεις υπό ανάλυση
Ο André De Gouvêa, θεωρητικός φυσικός στο Northwestern University, υπενθύμισε ότι υπάρχουν ακόμα θεωρητικοί λόγοι για νέες καταστάσεις νετρίνων. Η διαφορά έγκειται στην πιθανότητα αυτές οι καταστάσεις να είναι μη ανιχνεύσιμες με την τρέχουσα τεχνολογία.
Οι υπό μελέτη εξηγήσεις περιλαμβάνουν νετρίνα που διασπώνται γρήγορα πριν φτάσουν στον ανιχνευτή και άγνωστες αλληλεπιδράσεις με υγρό αργό. Τα μοντέλα Outros προτείνουν τροποποιήσεις στην παραγωγή ή τη μεταφορά νετρίνων στον επιταχυντή.
Επόμενα βήματα για συνεργασία
Η MicroBooNE ολοκλήρωσε τη φάση συλλογής δεδομένων της το 2021. Η συνεργασία ολοκληρώνει τώρα συμπληρωματικές αναλύσεις με διαφορετικές ενεργειακές υπογραφές.
Τα αποτελέσματα θα συγκριθούν με τα πειράματα SBN (Short-Baseline Neutrino), τα οποία περιλαμβάνουν το ICARUS και το SBND, που ήδη λειτουργούν στην ίδια δέσμη με το Fermilab. Οι ανιχνευτές Esses θα πρέπει να προσφέρουν οριστικές απαντήσεις τα επόμενα χρόνια.
Η επιστημονική κοινότητα δίνει ιδιαίτερη προσοχή στο DUNE, ένα μελλοντικό έργο που θα διερευνήσει τις ταλαντώσεις μεγάλων αποστάσεων. Enquanto ότι, το μυστήριο σχετικά με τις αρχικές ανωμαλίες παραμένει χωρίς συγκεκριμένη λύση.
Ανιχνευτές Τεχνολογικές Προόδους
Η χρήση υγρού αργού σε μεγάλη κλίμακα σημείωσε σημαντική πρόοδο. Το MicroBooNE έχει επιδείξει δυνατότητες τρισδιάστατης απεικόνισης υψηλής ανάλυσης αλληλεπιδράσεων νετρίνων-πυρήνων.
Η τεχνολογία που αναπτύχθηκε θα χρησιμεύσει ως βάση για το πρόγραμμα DUNE. Ο ανιχνευτής κατέστησε δυνατή τη διάκριση γεγονότων ηλεκτρονίων και φωτονίων με μεγαλύτερη ακρίβεια από τα προηγούμενα πειράματα.
Αυτή η διάκριση ήταν απαραίτητη για τον αποκλεισμό ψευδών σημάτων που θα μπορούσαν να συγχέονται με τις στείρες μεταβάσεις νετρίνων.
Το πείραμα MicroBooNE κλείνει ένα σημαντικό κεφάλαιο στην αναζήτηση για το τέταρτο νετρίνο, αλλά ενισχύει ότι η φυσική των νετρίνων εξακολουθεί να έχει θεμελιώδη ερωτήματα. Τα δεδομένα που συλλέγονται θα συνεχίσουν να διερευνώνται σε συνδυασμό με άλλους ανιχνευτές Fermilab.