Fără neutrini sterili, confirmă fizicienii de la MicroBooNE

De la începutul anilor ’90, fizicienii au explorat posibilitatea existenței unui al patrulea tip de neutrino, numit neutrino steril, care nu interacționează deloc cu materia obișnuită, cu excepția interacțiunilor cu alți neutrini. Totuși, dovezi experimentale concludente privind existența neutrinoilor sterili au rămas de neprins. Acum, se pare că ultimele rezultate ale experimentului MiniBooNE de la Fermilab au exclus definitiv posibilitatea neutrinoilor sterili, conform unui articol publicat în revista Nature.

De unde a început ideea neutrinoilor sterili? Totul datează din problema numită „problema neutrinoilor solari”. În 1966, fizicienii au detectat primii neutrini solari proveniți de la Soare. Problema era că numărul neutrinoilor solari detectați era mult mai mic decât cel prezis de teorii, o enigmă care a devenit cunoscută sub numele de problema neutrinoilor solari. În 1962, a fost descoperit al doilea tip de neutrino, neutrino muonic. Acesta a fost urmat de descoperirea unui al treilea tip, neutrino tau, în anul 2000.

Fizicienii bănuiau deja că neutrinoii ar putea să-și schimbe „aroma” (tipul). În 2002, cercetătorii de la Observatorul de Neutrini Sudbury (SNO) au anunțat că au rezolvat problema neutrinoilor solari. Neutrinoii solari (electronici) dispăruți erau deghizați, transformându-se într-o altă aromă pe parcursul lungii călătorii de la Soare la Pământ. Dacă neutrinoii oscilează, atunci aceștia trebuie să aibă o masă, oricât de mică. Aceasta a adus o altă problemă complicată legată de neutrinoi. Există trei arome de neutrino, dar niciuna nu are o masă bine definită. În schimb, diferite „stări de masă” se combină în diverse moduri pentru a produce neutrinoi electronici, muonici și tau.

A apărut încă o enigmă, datorită rezultatelor de la experimentul LSND de la Los Alamos și MiniBooNE (predecesorul MicroBooNE) de la Fermilab. Ambele au găsit dovezi ale oscilațiilor neutrinoilor muonici în neutrinoi electronici, un fenomen care nu ar fi posibil dacă ar exista doar trei arome de neutrino. Așadar, fizicienii au sugerat posibila existența unui al patrulea tip: neutrino steril, denumit astfel pentru că, spre deosebire de celelalte trei, nu se cuplă la un omolog încărcat prin forța electrodinamică. Existenta sa ar avea, de asemenea, implicații importante pentru natura materiei întunecate. Cu toate acestea, în ciuda unor indicii sporadice, neutrinoii sterili au rămas extrem de greu de detectat.

Pentru a investiga mai departe acest mister, Fermilab a construit MicroBooNE, care folosește două fascicule de neutrinoi pompate într-o cameră de proiecție temporală cu argon lichid. Când neutrinoii interacționează cu particulele de argon lichid, acest lucru declanșează un proces de dezintegrare care ar trebui să producă neutrinoi muonici. Dacă neutrinoii electronici apar în date, acest lucru ar sugera existența neutrinoilor sterili.

La începutul acestui an, MicroBooNE a publicat primele măsurători din toți cei cinci ani (2015–2020) de date, infirmând în cele din urmă existența neutrinoilor sterili. Aceasta marchează un moment important în studiul particulelor subatomice și aruncă o lumină nouă asupra misterelor universului nostru.

Știință&Tehnică

Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România