Κάνοντας ταλαντώσεις των νετρίνων στον πάγο

Η αποστολή IceCube στον πάγο της Ανταρκτικής έχει μετρήσει ταλαντώσεις των νετρίνων σε ενέργειες υψηλότερες από οποιαδήποτε προηγούμενη παρατήρηση. Τα ατμοσφαιρικά νετρίνα – που δημιουργούνται όταν οι κοσμικές ακτίνες συγκρούονται με μόρια στην ανώτερη ατμόσφαιρα – μπορούν να ταλαντεύονται από τη μια γεύση στην άλλη καθώς μετακινούνται προς τους ανιχνευτές στο έδαφος. Το παρατηρητήριο νετρίνων του IceCube, που βρίσκεται στον Νότιο Πόλο, έχει μετρήσει την ταλάντωση των ατμοσφαιρικών νετρίνων σε μια περιοχή ενέργειας κατά έναν παράγοντα 10 – πλάσιο από τα προηγούμενα πειράματα. Τα αποτελέσματα αυτά μειώνουν την αβεβαιότητα ορισμένων παραμέτρων ταλάντωσης, συμβάλλοντας έτσι στην επίλυση μιας έντασης στις πρόσφατες μετρήσεις.

 

Τα πειράματα που παρατηρούν τα ατμοσφαιρικά νετρίνα καταγράφουν όχι μόνο τα νετρίνα που δημιουργούνται 10 χιλιόμετρα ψηλά και πέφτουν μετά προς τα κάτω στον ανιχνευτή, αλλά και εκείνα που διαπερνούν περίπου 10.000 χιλιόμετρα μέσα από τη Γη και εμφανίζονται κινούμενα προς τα πάνω μέσα στον ανιχνευτή. Οι παλαιότερες μελέτες, εξετάζοντας τις ενέργειες του νετρίνο γύρω στο 1 GeV, εντόπισαν ένα έλλειμμα νετρίνων του μιονίου που κινούνται προς τα πάνω. Η καλύτερη εξήγηση είναι ότι καθώς περνούν από τη Γη, τα νετρίνα του μιονίου ταλαντεύονται σε νετρίνα ταυ με ένα μεγάλο εύρος «ανάμειξης». Ωστόσο, τα πρόσφατα πειράματα που χρησιμοποιούν δέσμες νετρίνων από τους επιταχυντές έχουν διαφωνήσει σχετικά με την τιμή του εύρους μίξης του νετρίνου ταυ.

 

Το πείραμα IceCube – μια σειρά με πάνω από 5000 φωτοανιχνευτές σε ένα κυβικό χιλιόμετρο πάγου της Ανταρκτικής – μπορεί να στοχεύει σε νετρίνα υψηλότερης ενέργειας από τους μικρότερους ανιχνευτές που έχουν βάση το νερό. Οι συγκρούσεις μεταξύ αυτών των νετρίνων και των νουκλεονίων στον πάγο μπορούν να δημιουργήσουν καταρράκτες σωματιδίων που παράγουν ένα ανιχνεύσιμο σήμα φωτός Cherenkov στον μεγάλο όγκο του ανιχνευτή.

 

Η συνεργασία IceCube έχει αναλύσει τα δεδομένα από το 2012 έως το 2015, προσδιορίζοντας τα ατμοσφαιρικά νετρίνα στην περιοχή των 5 έως 50 GeV. Οι παρατηρήσεις τους σχετικά με την εξαφάνιση του νετρίνου του μιονίου θέτουν νέους περιορισμούς σε ορισμένες από τις σχετικές παραμέτρους ταλάντωσης. Συγκεκριμένα, τα αποτελέσματα συμφωνούν με αυτά τα πειράματα που δείχνουν ότι το εύρος ανάμειξης μεταξύ των νετρονίων του μιονίου και του ταυ είναι κοντά στη μέγιστη επιτρεπόμενη από τη θεωρία τιμή.