Od kod pridobivajo nevtrini svojo maso? To je skrivnost, ena najbolj nerodnih v standardnem modelu fizike delcev. Toda skupina fizikov meni, da vedo, kako to rešiti.
Tu je težava: Neutrini so čudni. Ultra-rahli delci, večina je tako nizkoenergijskih in nepomembnih, da gredo skozi naš celotni planet, ne da bi se ustavili. Že desetletja so znanstveniki menili, da sploh nimajo mase. V izvirni različici standardnega modela, ki opisuje fiziko delcev, je bil nevtrino povsem brez teže. Pred približno dvema desetletjema se je to spremenilo. Fiziki zdaj vedo, da imajo nevtrini maso, čeprav v majhnih količinah. In še niso natančno prepričani, zakaj je ta množica.
Kljub temu lahko rešimo skrivnost, trdi nov prispevek, objavljen 31. januarja v reviji Physical Review Letters. Glede na dovolj časa in podatkov bi najtržnejši nevtrini, ki jih že lahko zaznamo, pripomogli k odkritju skrivnosti njihove mase.
Zaznavanje nevtrinskih resonanc
Nevtrini imajo različne količine energije: dva sicer enaka delca se bosta obnašala zelo različno, odvisno od količine energije.
Večina nevtrinov, ki jih lahko zaznamo, prihaja iz našega sonca in peščica super svetlih virov energije na Zemlji (kot jedrski reaktorji) in so relativno malo energije. In nizkoenergijski nevtrini zlahka zdrsnejo skozi koščke materije, ne da bi karkoli trkali. Toda naš planet so bombardirani tudi z veliko več energijskimi nevtrini. In veliko večja je verjetnost, da bodo vdrli v druge delce, kot je traktorska prikolica, ki kriči po avtocesti na prehodnem pasu.
Leta 2012 je na Antarktiko na spletu prišel detektor delcev, ki je zasnovan za odkrivanje teh nevtrinov z višjo energijo. Toda detektor, imenovan IceCube, jih ne čuti neposredno. Namesto tega išče posledice visokoenergijskih nevtrinskih trkov z molekulami vode v okoliškem ledu - trki, ki povzročijo razpoke drugih vrst delcev, ki jih IceCube lahko zazna. Običajno so ti razpoki nered, povzročajo različne delce. Toda včasih so nenavadno čisti - rezultat procesa, ki se imenuje resonanca, je dejal soavtor študije Bhupal Dev, fizik na Washingtonski univerzi v St. Louisu.
Ko se nevtrino prebije v drug delček, natančneje v elektrone, včasih bo šel skozi postopek, znan kot Glashowova resonanca, je Dev povedal za Live Science, da resonanca dva delca združi skupaj in jih pretvori v nekaj novega: W bozon. Rezonanca Glashowa, ki je bila prvič predlagana leta 1959, zahteva zelo veliko energije, v IceCube-u pa se je leta 2018 lahko pojavil en primer, kot kažejo na pogovoru na nevtinosu leta 2018.
Toda po besedah Deva in njegovih soavtorjev lahko tam obstajajo druge vrste resonanc. Ena bolj priljubljenih teorij, kako nevtrini dobijo svojo maso, je znana kot "model Zee". In pod modelom Zee bi obstajala druga vrsta resonance, kot je Glashow, ki bi ustvarila še en nov delček, znan kot "Zee razpoka", so v novi študiji zapisali raziskovalci. In ta odmev bi bil v zmožnosti IceCube-a za zaznavanje.
Če bi odkrili porušitev Zeeja, bi to privedlo do korenite posodobitve standardnega modela, ki bi popolnoma preoblikovalo, kako fiziki gledajo na nevtrine, je dejal Dev.
Zeejev model bi prešel iz teorije v trdno znanost, obstoječi model nevtrinov pa bi bil zavržen.
Toda IceCube je občutljiv le na določene obsege nevtrinskih energij, pogoji, ki bi povzročili eksplozije Zeeja, pa so na zunanjih robovih tega območja. Glede na čas bo enega takšnih incidentov IceCube verjetno odkril kdaj v naslednjih 30 letih.
Toda na srečo prihajajo posodobitve IceCube, so zapisali raziskovalci. Ko se detektor nadgradi na veliko večji in občutljivejši IceCube-Gen 2 (ni povsem natančno, kdaj se bo to zgodilo), bi bolj občutljiva naprava morala v nekaj letih poiskati počitek Zee - če Zee poči tam zunaj.
In če Zee razpokov ni tam, in model Zee ni v redu, se bo skrivnost nevtrinske mase samo še poglabljala.
