De unde își obțin masa neutrinilor? Este un mister, unul dintre cele mai dezamăgitoare din Modelul Standard al fizicii particulelor. Dar o echipă de fizicieni cred că știu să o rezolve.
Iată problema: Neutrino-urile sunt ciudate. Particule ultra-slabe, cele mai multe dintre ele sunt atât de scăzute de energie și nesubstanțiale, încât trec pe întreaga noastră planetă fără a se opri. Timp de zeci de ani, oamenii de știință au crezut că nu au deloc masă. În versiunea inițială a modelului standard, care descrie fizica particulelor, neutrino a fost complet lipsit de greutate. În urmă cu aproximativ două decenii, asta s-a schimbat. Fizicienii știu acum că neutrinii au masă, deși în cantități minuscule. Și încă nu sunt siguri de ce este această masă.
Cu toate acestea, putem rezolva misterul, susține o nouă lucrare publicată pe 31 ianuarie în revista Physical Review Letters. Având în vedere suficient timp și date, neutrinii cu cea mai mare energie pe care îi putem detecta deja ar trebui să contribuie la deblocarea secretelor în masa lor.
Detectarea rezonanțelor neutrinelor
Neutrinii vin cu cantități diferite de energie: Două particule altfel identice se vor comporta foarte diferit, în funcție de câtă energie transportă.
Majoritatea neutrinilor pe care îi putem detecta provin din soarele nostru și o mână de surse de energie super-strălucitoare pe Pământ (cum ar fi reactoarele nucleare) și sunt relativ mici. Și neutrinii cu energie scăzută se strecoară ușor prin bucăți de materie, fără să lovească în nimic. Dar planeta noastră este, de asemenea, bombardată de neutrini cu energie mult mai mare. Și acestea sunt mult mai susceptibile să lovească în alte particule, cum ar fi o remorcă a tractorului care urlă pe autostradă pe banda de trecere.
În 2012, un detector de particule a intrat online în Antarctica, care este proiectat pentru a detecta acei neutrini cu energie mai mare. Detectorul, numit IceCube, nu-i poate simți direct. În schimb, acesta urmărește urmările coliziunilor cu neutrini cu energie mare cu molecule de apă din gheața din jur - coliziuni care produc explozii de alte tipuri de particule pe care IceCube le poate detecta. De obicei, acele explozii sunt dezordonate, producând o varietate de particule. Dar, uneori, sunt neobișnuit de curate - rezultatul unui proces numit rezonanță, a declarat co-autorul studiului Bhupal Dev, fizician la Universitatea Washington din St Louis.
Atunci când un neutrino trântește într-o altă particulă, mai exact un electron, e, uneori, va trece printr-un proces cunoscut sub numele de rezonanță Glashow, Dev a spus Live Science că rezonanța maschează cele două particule împreună și le transformă în ceva nou: un boson W. Propusă pentru prima dată în 1959, rezonanța Glashow necesită energii foarte mari și este posibil ca un singur exemplu să fi apărut în IceCube în 2018, potrivit unei discuții din 2018 la o conferință despre neutrini.
Dar, după Dev și coautorii săi, pot exista și alte tipuri de rezonanțe. Una dintre teoriile mai populare despre modul în care neutrinii își obțin masa este cunoscută sub numele de „modelul Zee”. Și sub modelul Zee, ar exista un alt tip de rezonanță precum Glashow, care produce o altă particulă nouă, cunoscută sub numele de „Zee burst”, au scris cercetătorii în noul studiu. Și această rezonanță ar fi în capacitatea de a detecta IceCube.
Dacă s-ar detecta o explozie Zee, aceasta ar duce la o actualizare radicală a modelului standard, transformând complet modul în care fizicienii văd neutrinii, a spus Dev.
Modelul Zee ar trece de la o teorie la o știință fermă, iar modelul existent de neutrini va fi eliminat.
Dar IceCube este sensibil doar la anumite intervale de energii neutrinoase, iar condițiile care ar produce explozii Zee sunt pe marginile exterioare ale acelui interval. Cu timpul, un astfel de incident va fi probabil detectat de IceCube la un moment dat în următorii 30 de ani.
Dar, din fericire, se aduc actualizări la IceCube, au remarcat cercetătorii. Odată ce detectorul este modernizat la IceCube-Gen 2 mult mai mare și mai sensibil (nu este clar exact când se va întâmpla acest lucru), dispozitivul mai sensibil ar trebui să poată prelua o explozie Zee în doar trei ani - dacă izbucurile Zee sunt cu adevărat acolo.
Și dacă exploziile Zee nu sunt acolo, iar modelul Zee este greșit, misterul masei neutrino-ului nu va fi decât mai profund.
