Timp de zeci de ani, ideea că universul nostru poate conține dimensiuni ascunse i-a intrigat pe oamenii de știință. Aceste dimensiuni, invizibile cu ochiul liber, ar putea juca de fapt un rol fundamental în înțelegerea fizicii și rezolvarea unor enigme majore precum gravitația sau mase mici de particule. Cu toate acestea, în ciuda eforturilor considerabile, nu a fost încă găsită nicio dovadă directă a existenței lor. Un nou studiu propune utilizarea experimentului DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) pentru a sonda aceste dimensiuni ascunse. El a fost prezentat într-un articol publicat în The Journal of High Energy Physics. Observând comportamentul enigmatic al neutrinilor, particule aproape imateriale, cercetătorii speră să ridice un colț al vălului asupra acestor realități invizibile.
Printre particulele elementare cunoscute, neutrinii ocupă un loc special. Invizibile, practic fără masă și abia interacționând cu materia, aceste particule fantomă trec prin planeta noastră cu miliarde în fiecare secundă, fără ca noi să observăm. Descoperite în 1956, ele continuă să alimenteze cea mai avansată cercetare științifică. Capacitatea lor de a oscila le face deosebit de fascinante. Această proprietate unică înseamnă, de fapt, că un neutrin își poate schimba „aroma” (miuonic, electronic sau tauonic) în timp ce călătorește prin spațiu sau prin materie. Aceste oscilații, descoperite la sfârșitul anilor 1990, le-au adus descoperitorilor lor un premiu Nobel. De asemenea, ei dezvăluie că neutrinii au masă, deși este de miliarde de ori mai mică decât cea a unui electron. Aceste transformări misterioase oferă o oportunitate unică de a explora fenomene și mai exotice, inclusiv existența unor dimensiuni suplimentare.
Experimentul DUNE, aflat în prezent în construcție în Statele Unite, este unul dintre cele mai promițătoare proiecte pentru studierea neutrinilor. Bazat pe un sistem ingenios, va genera neutrini folosind un accelerator de particule situat la Fermilab din Illinois. Acești neutrini vor călători apoi 1.300 de kilometri sub scoarța terestră pentru a fi detectați într-un detector imens îngropat într-o fostă mină din Dakota de Sud. De ce un astfel de dispozitiv? DUNE este conceput pentru a studia oscilațiile neutrinilor pe o distanță fără precedent. În timpul călătoriei lor, neutrinii miuoni produși în Illinois vor avea timp să se transforme în neutrini electronici sau tauonici. Măsurând aceste schimbări, cercetătorii speră să răspundă la întrebări cruciale: Care este ierarhia maselor de neutrini? De ce sunt masele lor atât de scăzute? Au jucat ele un rol în asimetria dintre materie și antimaterie după Big Bang? Cu toate acestea, experimentul DUNE ar putea deschide și o ușă către necunoscut prin testarea existenței unor dimensiuni suplimentare.
Introdusă de fizicienii Arkani-Hamed, Dimopoulos și Dvali în 1998, teoria dimensiunilor suplimentare mari oferă o explicație îndrăzneață pentru unele mistere fundamentale ale fizicii. Conform acestei teorii, Universul nostru observabil tridimensional ar fi integrat într-un cadru mai mare care ar include dimensiuni suplimentare. Aceste dimensiuni ar fi de dimensiuni microscopice (aproximativ o milionime de metru), dar suficient de mari pentru a influența comportamentul particulelor subatomice, cum ar fi neutrinii. Această ipoteză ar putea explica, de asemenea, de ce gravitația pare atât de slabă în comparație cu celelalte forțe fundamentale. O parte din forța gravitațională s-ar putea „curge” într-adevăr în aceste dimensiuni ascunse. În experimentul DUNE, oscilațiile neutrinilor ar putea fi ușor modificate de influența acestor dimensiuni suplimentare. Aceste schimbări s-ar manifesta ca anomalii subtile, cum ar fi o ușoară suprimare a oscilațiilor așteptate sau variații neobișnuite la anumite energii.
Pentru a testa această ipoteză, cercetătorii au folosit simulări computerizate sofisticate pentru a prezice modul în care DUNE ar putea detecta dimensiuni suplimentare. Prin modelarea comportamentului neutrinilor pe parcursul mai multor ani de funcționare, ei au examinat modul în care o dimensiune suplimentară ar influența probabilitățile de oscilație. Rezultatele sugerează că DUNE ar fi capabil să detecteze o dimensiune suplimentară dacă dimensiunea sa este de aproximativ o jumătate de micron. Acest lucru ar reprezenta un progres major în fizica particulelor și ar deschide calea către o nouă înțelegere a Universului.
Experimentul va colecta date până în 2030. După câțiva ani de analiză, oamenii de știință speră să poată confirma sau infirma această ipoteză. Această căutare va necesita cu siguranță zeci de ani de răbdare, dar potențialele implicații sunt imense. Descoperirea unor dimensiuni suplimentare ar putea să revoluționeze înțelegerea noastră a legilor fundamentale ale naturii.
