Τα «χαμένα» νετρίνα σε πειράματα προβληματίζουν τους φυσικούς εδώ και περισσότερες από τρεις δεκαετίες. Μια νέα θεωρητική μελέτη, όμως, δείχνει ότι ίσως δεν υπάρχει τελικά μυστήριο.
Αντί να αποτελεί ένδειξη για ένα νέο είδος σωματιδίου, το απρόσμενο αποτέλεσμα μπορεί να οφείλεται σε παράλειψη στον υπολογισμό. Σε αυτή την περίπτωση, θα επιβεβαιώνονταν οι νόμοι της σωματιδιακής φυσικής, αντί να αμφισβητηθούν.
Τα νετρίνα είναι άπιαστα, «φαντασματικά» σωματίδια που δύσκολα ανιχνεύονται και μπορούν να ταλαντώνονται αυθόρμητα ανάμεσα στους τρεις τύπους τους. Από τη δεκαετία του 1990, αρκετά πειράματα με ανιχνευτές βασισμένους στο γάλλιο έχουν καταγράψει περίπου 20% λιγότερα νετρίνα από όσα αναμένονταν. Αυτό έδωσε τροφή στην ιδέα ότι κάποια νετρίνα ίσως μετατράπηκαν σε ένα νέο είδος «στείρου» νετρίνου, το οποίο αλληλεπιδρά λιγότερο με την ύλη και έτσι διαφεύγει της ανίχνευσης. Αν ίσχυε αυτό, το Καθιερωμένο Πρότυπο της σωματιδιακής φυσικής, που καταγράφει όλα τα γνωστά σωματίδια και τις δυνάμεις, θα έπρεπε να αναθεωρηθεί.
Ορισμένοι φυσικοί όμως εκτιμούν ότι μια τόσο ριζική παρέμβαση ίσως δεν είναι απαραίτητη. Η μελέτη του Matteo Cadeddu από το Πανεπιστήμιο της Κάλιαρι στην Ιταλία και των συνεργατών του δείχνει ότι το πρόβλημα μπορεί να βρίσκεται στη μαθηματική μοντελοποίηση των πειραμάτων.
Η αφορμή δόθηκε όταν ο Cadeddu ετοίμαζε μάθημα για τη φυσική των νετρίνων. Προβλέποντας τις ερωτήσεις των φοιτητών, ξανακοίταξε όλα τα βήματα των υπολογισμών που οδήγησαν στη διατύπωση της «ανωμαλίας του γαλλίου» και εντόπισε μια λεπτομέρεια που άξιζε να συζητήσει με συναδέλφους του.
«Σιγά σιγά έγινε κάτι σαν εμμονή», λέει. «Αυτό που ξεκίνησε ως προσπάθεια να καταλάβω ένα παλιό τύπο αρκετά καλά ώστε να τον διδάξω, κατέληξε να ανοίγει έναν εντελώς διαφορετικό τρόπο να βλέπουμε την ανωμαλία».
Στα πειράματα, όταν ένα άτομο γαλλίου χτυπιέται από ένα νετρίνο, μετατρέπεται σε άτομο γερμανίου και ένα ηλεκτρόνιο. Για να μετρήσουν τα νετρίνα στον ανιχνευτή που βασίζεται στο γάλλιο, οι ερευνητές μετρούν την αλληλεπίδραση ανάμεσα στο γερμάνιο και το ηλεκτρόνιο και στη συνέχεια κάνουν τον υπολογισμό αντίστροφα.
Μέχρι τώρα, είχαν ως δεδομένο ότι οι κβαντικές κυματοσυναρτήσεις του ηλεκτρονίου και του νετρίνου, που κωδικοποιούν μαθηματικά τις ιδιότητες και τη συμπεριφορά τους, δεν μεταβάλλονται μέσα στον πυρήνα του ατόμου που μετατρέπεται. Σε αυτό ακριβώς το σημείο εστίασαν ο Cadeddu και οι συνεργάτες του.
Προς έκπληξή τους, διαπίστωσαν ότι αν εγκαταλειφθεί αυτή η παραδοχή, μπορεί να εξηγηθεί το αναφερόμενο έλλειμμα του 20% στα νετρίνα, ανάλογα με ορισμένες ιδιότητες του πυρήνα του ατόμου. «Δεν χρειάζεται να προσθέσουμε νέο σωματίδιο ή νέα αλληλεπίδραση», λέει ο Cadeddu.
«Είναι μια ενδιαφέρουσα ένδειξη που αξίζει περαιτέρω μελέτη», λέει ο Joachim Kopp από το Πανεπιστήμιο Johannes Gutenberg του Μάιντς στη Γερμανία. Κατά την άποψή του, οι προσπάθειες να επεκταθεί το Καθιερωμένο Πρότυπο ώστε να ταιριάξει με τα πειράματα απαιτούν «πραγματικά παράξενα και εξαιρετικά προσαρμοσμένα θεωρητικά μοντέλα», οπότε η νέα ανάλυση είναι πιο ελπιδοφόρα. Ωστόσο, για να λυθεί πλήρως το μυστήριο των νετρίνων, θα πρέπει να μετρηθούν ή να υπολογιστούν ανεξάρτητα οι λεπτομέρειες της πυρηνικής δομής του γαλλίου και του γερμανίου, λέει.
Ο Ante Ravlić από το Michigan State University λέει ότι η νέα μελέτη είναι ένα βήμα προς τη σωστή κατεύθυνση. «Πρέπει να περιμένουμε πιο εξελιγμένους υπολογισμούς με βάση μικροσκοπικά πυρηνικά μοντέλα. Ωστόσο, η εργασία δείχνει ξεκάθαρα τον αντίκτυπο που έχει η πιο αυστηρή αντιμετώπιση της κυματοσυνάρτησης του ηλεκτρονίου και του νετρίνου στη δυνητική επίλυση της ανωμαλίας».
Ο Ravlić εκτιμά ότι θα ακολουθήσουν αρκετές μελέτες από πυρηνικούς φυσικούς, ειδικά επειδή τα νετρίνα δεν δοκιμάζουν μόνο το Καθιερωμένο Πρότυπο, αλλά είναι επίσης σημαντικά για αστροφυσικές διεργασίες, όπως οι εκρήξεις γιγάντιων άστρων.
Η ομάδα ήδη εργάζεται σε επόμενες μελέτες μαζί με συναδέλφους που ειδικεύονται στην κατανόηση της πυρηνικής δομής των ατόμων, λέει ο Caddedu. Η νέα εργασία μπορεί επίσης να βοηθήσει μελλοντικά πειράματα νετρίνων, ώστε να αναζητούν με μεγαλύτερη ακρίβεια σημάδια διαφορετικών νετρίνων.
Physical Review Letters DOI: 10.1103/5pvf-mcr1
Το παρόν κείμενο δημιουργήθηκε με τη χρήση τεχνητής νοημοσύνης.
