Νετρίνα: ο γρίφος των μυστηριωδών μικροσκοπικών σωματιδίων

Τα νετρίνα συχνά περιγράφονται ως «σωματίδια – φαντάσματα», γιατί μπορούν να περάσουν μέσα από το διάστημα, την ατμόσφαιρα της γης και ακόμα και την ίδια τη γη, χωρίς σχεδόν καμία αλληλεπίδραση με την κανονική ύλη. Αυτό κάνει τη μελέτη τους πολύ δύσκολη.

Διαφορετικά «αρώματα»

Υπάρχουν τρία είδη – ή αρώματα – νετρίνων: τα νετρίνα μυονίων, σωματιδίων Ταυ και ηλεκτρονίων. Για να εξετάσουν τις ιδιότητές τους, οι επιστήμονες δημιούργησαν νετρίνα μυονίων σε έναν επιταχυντή σωματιδίων στο Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory) του Illinois. Εκτοξεύθηκε μία ακτίνα υψηλής ισχύος αποτελούμενη από αυτά τα σωματίδια, η οποία ξεκίνησε από έναν ανιχνευτή σωματιδίων στο Fermilab με σκοπό να καταλήξει σε έναν άλλο ανιχνευτή, 724 χιλιόμετρα μακρύτερα στο Soudan (US).

«Επειδή η αλληλεπίδρασή τους με την ύλη είναι τόσο σπάνια, μπορούμε να τα εκτοξεύσουμε κατευθείαν διαμέσου της γης και τα περισσότερα θα περάσουν μέσα απ’ αυτή, χωρίς να συμβεί τίποτε» εξήγησε η Dr Lisa Falk Harris, καθηγήτρια φυσικής των σωματιδίων, του πανεπιστημίου στο Sussex και μέλος της ομάδας Minos. «Φυσικά, τα περισσότερα από αυτά, διαπερνούν επίσης και τους ανιχνευτές μας, αλλά αρκετά σπανίως, κάποιο από αυτά θα ανιχνευτεί – περίπου ένα ή δύο την ημέρα».

Στην ανιχνευτική διάταξη που έφτιαξαν οι επιστήμονες, ανιχνεύτηκαν λιγότερα σωματίδια από αυτά που αναμενόταν να φτάσουν. Είχαν δηλαδή «εξαφανιστεί».

«Στην πραγματικότητα, μετέβηκαν σε άλλο τύπο νετρίνων» δήλωσε η Dr Falk Harris.

Οι φυσικοί καλούν τη διαδικασία αυτή του μετασχηματισμού ενός τύπου νετρίνου σε κάποιον άλλο τύπο, ως ταλάντωση. Και για να μπορούν να κάνουν αυτόν τον μετασχηματισμό, οι φυσικοί πιστεύουν πως τα σωματίδια χρειάζεται να έχουν μάζα. «Το γεγονός ότι τα παρατηρούμε να εξαφανίζονται και να κάνουν αυτήν την μικροσκοπική μεταστοιχείωση, σημαίνει πως πρέπει να έχουν μάζα» δήλωσε η Dr Falk Harris.

Το μυστήριο της «αγνοούμενης μάζας»

Αυτά είναι τα πρώτα αποτελέσματα του πειράματος Minos, στο οποίο απασχολήθηκαν επιστήμονες 32 ινστιτούτων από 6 χώρες. Επιβεβαιώνει τις προγενέστερες παρατηρήσεις της εξαφάνισης των νετρίνων, που έγιναν το 2002 στο ιαπωνικό πείραμα K2K, στο οποίο οι επιστήμονες εκτόξευσαν νετρίνα μυονίων σε έναν ανιχνευτή που βρισκόταν 240 χιλιόμετρα μακριά. Η επιβεβαίωση του γεγονότος ότι τα νετρίνα έχουν μάζα θα έχει δραματικές συνέπειες για τη σωματιδιακή φυσική.

«Στη σωματιδιακή φυσική υπάρχει το βασικό μοντέλο, το οποίο περιγράφει πως συμπεριφέρονται και αλληλεπιδρούν τα θεμελιώδη δομικά στοιχεία της ύλης» εξήγησε η Dr Falk Harris. «Και σύμφωνα με το μοντέλο αυτό, τα νετρίνα δε θα έπρεπε να έχουν μάζα. Έτσι, το γεγονός ότι αυτή τη στιγμή έχουμε ανεξάρτητες μεταξύ τους μετρήσεις, σύμφωνα με τις οποίες, τα νετρίνα φαίνεται πως έχουν μάζα, σημαίνει πως το βασικό μοντέλο πιθανότατα θα πρέπει να αναθεωρηθεί ή και να αντικατασταθεί από κάποιο άλλο»

Πιο μακροπρόθεσμα, τα ευρήματα αυτά ίσως θα μπορούσαν να μας βοηθήσουν να καταλάβουμε καλύτερα το μυστήριο της αγνοούμενης μάζας στο σύμπαν. «Πολλές παρατηρήσεις υποδηλώνουν πως στο σύμπαν υπάρχει πολύ περισσότερη ύλη από αυτή που είναι ορατή» δήλωσε η καθηγήτρια Jenny Thomas, φυσικός των σωματιδίων, στο University College του Λονδίνου και επίσης μέλος της ομάδας Minos. «Είμαστε περικυκλωμένοι από νετρίνα, έτσι σε κάθε τετραγωνικό εκατοστό υπάρχουν εκατοντάδες από αυτά κάθε στιγμή. Για να το πούμε απλά, εάν όντως έχουν βάρος, σημαίνει πως στο σύμπαν υπάρχει πολύ περισσότερη μάζα από όση αρχικά πιστεύαμε πως υπήρχε».

Για τα νετρίνα έχει επίσης θεωρηθεί πως έχουν παίξει σημαντικό ρόλο στη δημιουργία του σύμπαντος. Τα ευρήματα του πειράματος Minos, καθώς και άλλων μελλοντικών πειραμάτων, μπορεί να μας βοηθήσουμε να ρίξουμε φως στο μεγάλο μυστήριο του πως δημιουργήθηκε η ύλη και γιατί τόση πολύ από την αντι-ύλη του σύμπαντος έχει εξαφανιστεί.