Mistä neutriinot saavat massansa? Se on mysteeri, yksi hämmentävimmistä hiukkasfysiikan standardimallissa. Mutta fyysikkojen ryhmä luulee tietävänsä kuinka se ratkaistaan.
Tässä on ongelma: Neutrinot ovat outoja. Äärimmäisen heikot hiukkaset, useimmat niistä ovat niin vähän energiaa kuluvia ja merkityksettömiä, että ne kulkevat koko planeettamme läpi pysähtymättä. Vuosikymmenien ajan tutkijat ajattelivat, että heillä ei ollut mitään massaa. Vakiomallin alkuperäisessä versiossa, joka kuvaa hiukkasfysiikkaa, neutriino oli täysin painoton. Noin kaksi vuosikymmentä sitten, se muuttui. Fyysikot tietävät nyt, että neutriinoilla on massaa, tosin pienimuotoisina määrinä. Ja he eivät ole vielä varmoja miksi se massa on.
Voimme kuitenkin ratkaista mysteerin. Fyysisen katsauksen kirjeiden lehdessä 31. tammikuuta julkaistu uusi artikkeli väittää. Koska riittävästi aikaa ja tietoa, jo havaitsemiemme korkeimman energian omaavien neutriinojen pitäisi auttaa avaamaan salaisuudet heidän massalleen.
Neutriinoresonanssien havaitseminen
Neutrinoilla on eri määrät energiaa: Kaksi muuten identtistä hiukkasta käyttäytyvät hyvin eri tavalla riippuen siitä, kuinka paljon energiaa ne kuljettavat.
Suurin osa havaittavissa olevista neutriinoista tulee aurinkoomme ja kourallinen erittäin kirkkaita energialähteitä maan päällä (kuten ydinreaktorit), ja ne ovat suhteellisen vähän energiaa. Ja vähän energiaa kuluttavat neutriinot liukuvat helposti aineen palojen läpi ilman, että törmää mihinkään. Mutta planeettamme pommittavat myös paljon korkeamman energian neutrinot. Ja nämä ovat paljon todennäköisemmin räjähtää muihin hiukkasiin, kuten traktoriperävaunu huutaen moottoritieltä ohikulkuradalla.
Vuonna 2012 Antarktissa tuli verkkoon hiukkasdetektori, joka on suunniteltu havaitsemaan nämä korkeamman energian neutriinot. Mutta IceCube-niminen ilmaisin ei voi havaita heitä suoraan. Sen sijaan se etsii korkean energian neutriinon törmäyksiä ympäröivän jään vesimolekyylien kanssa - törmäykset, jotka tuottavat murtumia muun tyyppisistä hiukkasista, jotka IceCube voi havaita. Yleensä nämä purskeet ovat sotkuisia, tuottaen erilaisia hiukkasia. Mutta joskus ne ovat epätavallisen puhtaita - resonanssin nimisen prosessin tulosta, sanoi tutkimuksen avustaja Bhupal Dev, fyysikko Washingtonin yliopistossa St. Louisissa.
Kun neutriini siirtyy toiseen hiukkaseseen, erityisesti elektroniin, se käy joskus läpi Glashow-resonanssina tunnetun prosessin, Dev kertoi Live Science: lle, että resonanssi hieroi kaksi hiukkasta yhteen ja muuttaa niistä jotain uutta: W-bosonia. Glashow-resonanssi, jota ehdotettiin ensimmäisen kerran vuonna 1959, vaatii erittäin suuria energioita, ja yksi esimerkki on saattanut esiintyä IceCube-ohjelmassa vuonna 2018 neutriinokonferenssin 2018 puheen mukaan.
Mutta Dev: n ja hänen tekijöidensä mukaan siellä voi olla muun tyyppisiä resonansseja. Yksi suosituimmista teorioista, kuinka neutriinot saavat massansa, tunnetaan nimellä "Zee-malli". Ja Zee-mallin alla olisi toisen tyyppinen resonanssi, kuten Glashow, joka tuottaa uuden uuden hiukkasen, joka tunnetaan nimellä "Zee purskahti", tutkijat kirjoittivat uudessa tutkimuksessa. Ja tämä resonanssi olisi IceCuben kykyä havaita.
Jos Zee-purske havaittaisiin, se johtaisi standardimallin radikaalin päivittämiseen, muuttaen täysin sitä, kuinka fyysikot näkevät neutriinoja, Dev sanoi.
Zee-malli siirtyisi teoriasta kiinteään tieteeseen, ja nykyinen neutriinomalli heitettäisiin pois.
Mutta IceCube on herkkä vain tietyille neutriinoenergia-alueille, ja olosuhteet, jotka aiheuttavat Zee-purskeita, ovat kyseisen alueen ulkoreunoilla. Tietyn ajan kuluessa IceCube havaitsee todennäköisesti yhden tällaisen tapauksen jossain vaiheessa seuraavien 30 vuoden aikana.
Mutta onneksi IceCube-päivitykset ovat tulossa, tutkijat huomauttivat. Kun ilmaisin on päivitetty paljon suurempaan ja herkempään IceCube-Gen 2: een (ei ole vielä selvää, milloin tämä tapahtuu), herkempi laite voi pystyä noutamaan Zee-purskeen vain kolmen vuoden kuluessa - jos Zee-purskeet ovat todella siellä.
Ja jos Zee-purskeita ei ole siellä, ja Zee-malli on väärässä, neutriinomassan mysteeri vain syvenee.
