Τα δεδομένα από τα επόμενα πειράματα του LHC θα μπορούσαν να αποκαλύψουν τη φύση των νετρίνων

Ένα ερώτημα, εδώ και πολλά χρόνια, είναι εάν το νετρίνο είναι αντισωμάτιο του εαυτού του. Θεωρητική μελέτη υποστηρίζει ότι αυτό το ερώτημα μπορεί να απαντηθεί με την εξέταση των διασπάσεων των μποζόνιων W.

 

Όπως αναγνωρίστηκε ήδη από το φετινό Βραβείο Νόμπελ Φυσικής, τα στοιχεία δείχνουν ότι τα νετρίνα έχουν μάζα. Αλλά αυτό γεννάει νέα ερωτήματα σχετικά με το γιατί η μάζα των νετρίνων είναι τόσο πολύ μικρότερη από τις μάζες των άλλων σωματίων. Μια λύση είναι να υποθέσουμε ότι το νετρίνο είναι ένα διαφορετικό είδος σωματίου, ένα που το ίδιο είναι και το αντισωμάτιό του. Μια νέα θεωρητική μελέτη δείχνει ότι παρατηρήσεις των διασπάσεων του μποζόνιου W στο Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC), στη Γενεύη, θα μπορούσαν ενδεχωμένως να αποκαλύψουν την αντισωματιδιακή φύση του νετρίνο.

 

Τα ηλεκτρόνια, τα πρωτόνια, και τα άλλα φερμιόνια είναι σωμάτια Dirac, που σημαίνει ότι έχουν ένα ξεχωριστό αντισωμάτιο με την ίδια μάζα, αλλά με αντίθετο φορτίο. Τα νετρίνα θα μπορούσαν να είναι τα σωμάτια Dirac, αλλά επειδή δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο, θα μπορούσαν επίσης να είναι σωμάτια Majorana, για τα οποία σωμάτιο και αντισωμάτιο είναι το ίδιο πράγμα. Τέτοια μοντέλα Majorana είναι ελκυστικά, επειδή προσφέρουν μια αρκετά φυσική εξήγηση για την εξαιρετικά μικρή μάζα του νετρίνου.

 

Σε πειράματα με τα οποία ερευνώνται εξαιρετικά σπάνιες πυρηνικές διασπάσεις γίνεται προσπάθεια να ανιχνευθεί μια πιθανή υπογραφή του νετρίνου που να δείχνει αν είναι σωμάτιο Majorana ή Dirac. Για να διευρύνουν την έρευνα, ο Claudio Dib από το Πανεπιστήμιο Santa María, στη Χιλή και ο Choong Sun Kim από το Πανεπιστήμιο Yonsei, στην Κορέα, προτείνουν να ερευνηθούν οι διασπάσεις του μποζόνιου W.

 

Εξέτασαν διασπάσεις που δίνουν αποτέλεσμα συγκεκριμένους συνδυασμούς ηλεκτρονίων, μιονίων και νετρίνα. Αυτές οι διασπάσεις πρέπει ακόμη να παρατηρηθούν, αλλά προβλέπονται σε θεωρίες που αφορούν τα υποθετικά άγονα νετρίνα (1). Λαμβάνοντας υπόψη τα τρέχοντα όρια στην ύπαρξη των άγονων νετρίνων, η ομάδα προβλέπει ότι τα επόμενα πειράματα στον LHC θα μπορούσαν να παράγουν μερικές χιλιάδες από τις επιθυμητές διασπάσεις του μποζόνιου W. Εάν αυτός ο υπολογισμός είναι σωστός, τότε οι φυσικοί θα πρέπει να είναι σε θέση να διακρίνουν τα νετρίνα Majorana από τα Dirac από το σχήμα του ενεργειακού φάσματος των εξερχόμενων μιονίων.

---------------

Σημειώσεις:

(1) Τα άγονα νετρίνα είναι υποθετικά σωμάτια που αλληλεπιδρούν μόνο μέσω της βαρυτικής αλληλεπίδρασης και όχι με τις αλληλεπιδράσεις που συγκροτούν το Καθιερωμένο Πρότυπο (Standard Model). Ο όρος προσδιορίζει τη διαφοροποίηση αυτού του τύπου των νετρίνων από τα ενεργά νετρίνα (active neutrinos) του Καθιερωμένου Προτύπου.

 

Νετρίνο «Σούπερμαν» εντοπίστηκε να αλλάζει τύπο

 

Φυσικοί του Ιταλικού Ινστιτούτου Πυρηνικής Φυσικής εντόπισαν ένα ιδιαίτερα σπάνιο σωματίδιο κατά τη διάρκεια της εξαφάνισης και επανεμφάνισής του ως άλλου τύπου νετρίνο.

 

 
Η ανακάλυψη έλαβε χώρα στο Εθνικό Εργαστήριο Γκραν Σάσσο στην Ιταλία, το οποίο βρίσκεται 1400 μέτρα κάτω από την επιφάνεια του όρους Γκραν Σάσσο, 120 χιλιόμετρα έξω από τη Ρώμη.

Πρόκειται για μόλις την τρίτη φορά που οι επιστήμονες εντοπίζουν ένα νετρίνο κατά τη διάρκεια της αλλαγής του από μυονικό νετρίνο σε νετρίνο ταυ. Τα νετρίνο είναι αφόρτιστα και ιδιαίτερα ελαφρά στοιχειώδη σωματίδια και εμφανίζονται σε τρεις τύπους που αντιστοιχούν στα υπόλοιπα λεπτόνια: νετρίνο ηλεκτρονίου, μυονίου και ταυ.

«Το γεγονός αυτό αποτελεί απόδειξη ότι το μυονικό νετρίνο πρόκειται για ένα είδος σωματιδίου Σούπερμαν: μπαίνει σε ένα τηλεφωνικό θάλαμο και αλλάζει σε κάτι άλλο», δήλωσε η Πωλίν Γκανιόν, κβαντική φυσικός του Πανεπιστημίου της Ιντιάνα.

 

Η ανακάλυψη έλαβε χώρα στο Εθνικό Εργαστήριο Γκραν Σάσσο στην Ιταλία, το οποίο βρίσκεται 1400 μέτρα κάτω από την επιφάνεια του όρους Γκραν Σάσσο, 120 χιλιόμετρα έξω από τη Ρώμη. Τα ευρήματα ενισχύουν τη θεωρία πως τα νετρίνο ταλαντεύονται από έναν τύπο στον άλλο, γεγονός που εξηγεί γιατί οι φυσικοί εντοπίζουν λιγότερα νετρίνο προερχόμενα από τον ήλιο από όσο προβλέπουν οι υπολογισμοί.

 

Η πυρηνική αντίδραση που τροφοδοτεί τον ήλιο παράγει τεράστιους αριθμούς ηλιακών νετρίνο. Σύμφωνα με τον ερευνητή Αντόνιο Ερεντιτάτο, κάθε τετραγωνικό εκατοστό του σώματος μας αγγίζεται από 60 δισεκατομμύρια ηλιακά νετρίνο το δευτερόλεπτο. Ωστόσο επί δεκαετίες οι φυσικοί εντοπίζουν μικρότερο αριθμό νετρίνο από το αναμενόμενο.

 

Για τις ανάγκες του πειράματος οι επιστήμονες εξέπεμψαν μία δέσμη μυονικών νετρίνο από το εργαστήριο του CERN στην Ελβετία μέσω του φλοιού της Γης σε απόσταση 730 χιλιομέτρων ως το εργαστήριο στο Γκραν Σάσσο.

 

Κατά τη διάρκεια του ταξιδιού ένα πολύ μικρό ποσοστό των νετρίνο άλλαξε τύπο, και όταν κατέφτασαν στο εργαστήριο ένα ακόμα πιο μικρό ποσοστό εξ αυτών εντοπίστηκε από μία «κάμερα» 4.000 τόνων να μετατρέπεται σε νετρίνο παρομοίου τύπου και αμέσως να εξαφανίζεται. Αυτά τα φευγαλέα γεγονότα παράγουν ένα ασθενές φως που καταγράφηκε από μία εκ των εννέα εκατομμυρίων φωτογραφικών πλακών του εργαστηρίου.

 

Λόγω της απουσίας φορτίου, τα νετρίνο αλληλεπιδρούν πολύ ασθενώς με την ύλη και είναι δύσκλο να εντοπιστούν. Τα ταυ νετρίνο μετατρέπονται σε σωματίδια ταυ προτού ταξιδέψουν για μερικά χιλιοστά και αποσυντεθούν σε αδρόνια, οπότε είναι ακόμα πιο δύσκολο να εντοπιστούν.

 

Ο συγκεκριμένος εντοπισμός όμως είναι ιδιαίτερα πιθανό να είναι σωστός από στατιστική άποψη, γεγονός που ενισχύει τους προηγούμενους εντοπισμούς ταυ νετρίνο το 2010 και το 2012. Σύμφωνα με τον Ερεντιτάτο, η πιθανότητα λάθους είναι μόλις μία στο εκατομμύριο