kozmos.hr
Znanost

Sve smo bliže otkriću sterilnog neutrina

sterile neutrino artist's rendering
objavljeno

Rad Nacionalnog laboratorija Los Alamos u SAD-u učinio je novi korak u potvrđivanju postojanja trenutno hipotetske čestice koju zovemo sterilnim neutrinom.

Dok ovo čitate, svake sekunde kroz vaše tijelo prolaze milijarde malih čestica koje zovemo neutrinima. Oni su rezultat raznih nuklearnih reakcija i nama najbliži veliki izvor neutrina je Sunce, koje ih kroz svoj proces nuklearne fuzije konstantno proizvodi u ogromnom broju. Zbog toga što je iznimno male mase (oko milijun puta manje mase od elektrona, koji ima masu 9,11 × 10−31 kg), nakon što bude kreiran neutrino odleti u svemir skoro pa brzinom svjetlosti, te za njega kažemo da djeluje na tvar samo kroz dvije od četiriju fundamentalnih sila (slabu silu i gravitacijsku silu). Drugim riječima, on prolazi kroz svu tvar gotovo neometeno i zato ga je iznimno teško uopće detektirati. Uz to, neutrine možemo podijeliti na tri vrste, tj. „okusa“, ovisno o tri standardne obitelji čestica prema standardnom modelu čestica, a svaki neutrino kroz svoj životni vijek i oscilira između tih tipova. To su elektronski neutrino, tauonski neutrino i muonski neutrono.

Da su to tri jedina tipa neutrina (ne računajući njihove antineutrine) donedavno je bio konsenzus u svijetu fizike, no to više nije tako. Iako još uvijek nismo sigurni da postoje, sada sumnjamo da osim tih standardnih tipova postoji i još jedva vrsta neutrina—tzv. „sterilni“ neutrino. Za razliku od prije nam poznatih neutrina, sterilni neutrino, ako postoji, interagira kroz samo jednu osnovno silu—gravitacijsku. To znači da bi gravitacijska interakcija između njih i okolne tvari bila jedini način da ih detektiramo, a zbog njihove iznimno male mase to je gotovo pa nemoguće.

krom-51
Znanstvenici pripremaju diskove kroma-51 za korištenje u eksperimentu. Izvor: A.A. Shikhin.

Ipak, njihovo postojanje možda možemo potvrditi indirektnim putem. Nekoliko eksperimenata provedenih zadnjih godina između ostaloga u Nacionalnom laboratoriju Los Alamos u Sjedinjenim američkim državama proučavalo je raspad čestica i oscilacije standardnih neutrina, a podaci koje su znanstvenici dobili ukazali su na postojanje potencijalnog novog tipa neutrina.

Danas, novi pokus proveden u sklopu projekta BEST (Baksan Experiment on Sterile Transitions) dovodi nas korak bliže potvrđivanju postojanja sterilnog neutrina, iako još uvijek nismo u potpunosti sigurni da se o tome radi. Da se tu krije potencijalno nova čestica mislimo zbog anomalije koja se dešavala i prije, a na koju smo sada posebno obratili pažnju. Naime, znanstvenici su u eksperimentu koristili diskove kroma-51, sintetički proizvedenog radioaktivnog izotopa kroma koji proizvodi elektronske neutrine, da ozrači bazene tekućeg galija—laganog, sivkastog metala. U interakciji s neutrinima, galij proizvodi čestice germanija-71, izotopa germanija. I tu nastaje problem: količina germanija-71 proizvedenog tom reakcijom za 20-24% je manja nego je teorija pretpostavila. Eksperiment je, kao is svi eksperimenti vezani za neutrine, proveden duboko ispod površine zemlje da se izbjegne utjecaj Sunčeve radijacije, u Baksanskom opservatoriju neutrina u gorju Kavkaz u Rusiji.

Baksanski opservatorij neutrina
Veliki bazen galija, iznutra podjeljen na dva dijela, koji se nalazi u Baksanskom opservatoriju neutrina u Rusiji. Izvor: A.A. Shikhin.

Još uvijek nemamo konkluzivno objašnjenje za tu anomaliju, koja već otprije nosi ime „galijska anomalija“, no ona prema trenutnom shvaćanju nastaje zbog manje količine elektronskih neutrina koji sudjeluju u reakciji. Odnosno, iako krom stvori očekivanu količinu elektronskih neutrina, nedostatak stvorenog germanija interpretiramo kao rezultat oscilacije tih neutrina između elektronskog i „sterilnog“ tipa. Jednostavnije rečeno, iako svi neutrini s kroma krenu prema galiju kao elektronski, ne dođu svi na odredište kao takvi.

Ako sterilni neutrino zaista postoji, za sada ne znamo kako da do njega dođemo direktnijim putem. Ako pak ne postoji, i ako anomalija nastaje iz nekog drugog razloga, čeka nas vraćanje standardnom modelu čestica i revidiranje jednog njegovog dijela. U svakom slučaju, dolaze uzbudljive godine za čestičnu fiziku.

Novi radovi objavljeni su ovog mjeseca u časopisima Physical Review Letters (vol. 128, br. 23) i Physical Review C (vol. 105, br. 6).

 


Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram

t.me/kozmoshr


Izvori:

Fermi National Accelerator Laboratory. „Science Made Simple: What Are Sterile Neutrinos?“. SciTechDaily, 2021. https://scitechdaily.com/science-made-simple-what-are-sterile-neutrinos/amp/ (1.7.2022).

Los Alamos National Laboratory. „Deep Underground Experiment Results Confirm Anomaly: Possible New Fundamental Physics“. SciTechDaily, 2022. https://scitechdaily.com/deep-underground-experiment-results-confirm-anomaly-possible-new-fundamental-physics/amp/ (1.7.2022.).

„neutrino“. Hrvatska enciklopedija, 2021. https://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=43581 (1.7.2022.).

U.S. Department of Energy. „Science Made Simple: What Is the Standard Model of Particle Physics?“. SciTechDaily, 2022. https://scitechdaily.com/science-made-simple-what-is-the-standard-model-of-particle-physics/amp/ (1.7.2022.).

Zaljubljenik u astronomiju od malih nogu. Diplomirani anglist. U slobodno vrijeme vjerojatno s frendovima u obližnjem kafiću. U paralelnom svemiru sam nešto od sljedećeg: pomorac, avanturist, fizičar, astronaut, pisac, željezničar.