Ar išties egzistuoja ketvirtoji neutrinų rūšis? Naujas eksperimentas pateikė atsakymų
Autobuso dydžio neutrinų detektorius, įrengtas JAV esančioje „Fermi National Accelerator Laboratory“ laboratorijoje, iš naujo ištyrė ankstesnių bandymų su vadinamaisiais steriliaisiais neutrinų anomalijas.
Pagal vieną iš modelių, šio detektoriaus duomenys nepatvirtina steriliojo neutrinio egzistavimo, tačiau visiškai neatmeta galimybės, kad reikalingi tolesni tyrimai.
Sterilieji neutrinai yra hipotetiniai dešiniarankiai leptonai, kurie, manoma, sąveikauja tik per gravitaciją. Jie laikomi ketvirtąja neutrinų rūšimi šalia aktyviųjų neutrinų – elektroninio, miuoninio ir taoninio neutrinų, kurie sąveikauja per silpnąsias sąveikas.
Nors iki šiol sterilieji neutrinai tiesiogiai neaptikti, jie buvo pasiūlyti kaip galimas ankstesniuose eksperimentuose pastebėtų anomalijų paaiškinimas, taip pat kaip neutrinų masės kilmės pagrindas ir netgi kaip viena iš tamsiosios materijos Visatoje versijų.
Tačiau išanalizavusi daugelio metų duomenis iš ankstesnių eksperimentų, „MicroBooNE“ projekto komanda „Fermi National Accelerator Laboratory“ laboratorijoje pareiškė, kad steriliojo neutrinio egzistavimo galimybė atmetama 95 procentų tikimybės lygiu.
Ankstesnių eksperimentų anomalijos
Mokslininkai tiria neutrinus leisdami juos per švytinčius (scintiliacinius) skysčius ir fiksuodami jų sąveikas. Pagal šiuos įrašus atkuriama neutrinų trajektorija ir nustatoma, kaip jie sąveikauja.
Remdamiesi Standartiniu modeliu, tyrėjai apskaičiuoja, kiek dalelių turėtų būti užfiksuota, o skirtumas tarp tikėtino ir stebimo dalelių skaičiaus leidžia spręsti, ar gali egzistuoti sterilusis neutrinas.
Ankstesniuose bandymuose ne kartą buvo pastebėti tokie neatitikimai. 1995 m. „Liquid Scintillator Neutrino Detector“ eksperimente „Los Alamos National Laboratory“ laboratorijoje buvo aptiktas perteklinis elektroninių antineutrinų kiekis. Po daugelio metų kitame projekte, vadinamajame „MiniBooNE“, buvo užfiksuota perteklinių elektroninių neutrinų.
Vėliau Rusijoje vykdytame „Baksan Experiment on Sterile Transitions“ (BEST) eksperimente buvo panaudotas 50 tonų talpos skysto galio rezervuaras. Jame aptiktas germanio trūkumas buvo aiškinamas elektroninių neutrinų sąveika su kaliu.
Vis dėlto sterilusis neutrinas išlieka neaptiktas ir iki šiol tebėra teorinė dalelė.
Kas yra „MicroBooNE“ projektas?
„MicroBooNE“ yra „MiniBooNE“ projekto tęsinys. Jį sudaro dvi spindulių linijos, kuriomis neutrinai tiekiami į detektorių. Pirmoji – „Neutrinos at the Main Injector“ (NuMI) spindulio linija – yra 680 metrų ilgio, antroji – „Booster Neutrino Beam“ (BNB) spindulio linija – 470 metrų ilgio. Šios dvi linijos užtikrina skirtingas neutrinų energijas, todėl detektoriuje fiksuojamos skirtingos sąveikų įrašų rūšys.
Analizuodami sąveikų duomenis iš abiejų spindulių linijų, tyrėjai pastebėjo elektroninių neutrinų trūkumą BNB linijoje, tuo tarpu NuMI linijoje toks trūkumas neužfiksuotas.
„Šis pirmasis tokio tipo dviejų spindulių matavimas yra kelrodė, naujas rezultatas, kuris smarkiai apriboja tą parametrų sritį, kurioje galėtų egzistuoti sterilusis neutrinas“, – teigė fizikė ir „MicroBooNE“ komandos vadovė Sowjanya Gollapinni.
Mokslininkų teigimu, neutrinai gali osciliuoti į daugiau nei vieną neutrinų rūšį arba čia veikia iki galo dar nesuprasta nauja fizika. Siekdami tai išsiaiškinti, tyrėjai deda viltis į naujus detektorių projektus – 110 ir 600 metrų bazės skystojo argono detektorius „Short Baseline Neutrino Program“ programoje bei „Deep Underground Neutrino Experiment“ eksperimente, kurie padės giliau atskleisti šią mįslę.
„Šis naujas „MicroBooNE“ rezultatas yra reikšminga pažanga mūsų paieškose, siekiant nustatyti daugybinių anomalijų kilmę“, – sakė projekto osciliacijų fizikos grupės bendrai koordinuojanti mokslininkė Erin Yandel. – „Dėl „MicroBooNE“ neutrinų fizika dabar turi naują įrankį, kurį gali pritaikyti ir kiti eksperimentai, spręsdami išliekantį svarbų bei intriguojantį mokslinį uždavinį.“
