تجربة في المعجل الوطني. اكتشف إنريكو فيرمي (Fermilab) بالقرب من شيكاغو عددًا أكبر بكثير من النيوتريونات الإلكترونية مما كان متوقعًا. قد يصبح هذا الحدث رسولًا لجسيم أولي جديد تمامًا ، وهو نيوترينو معقم ، على الرغم من أن العديد من الفيزيائيين لا يزالون متشككين.
في خزان MiniBooNE ، تلتقط الخلايا الضوئية الضوء الذي يظهر عندما تتفاعل النيوترينوات مع النوى الذريةيتفاجأ علماء الفيزياء ويصدمهم
التقرير الجديد من تجربة فيرميلاب
نيوترينو . وجدت تجربة
MiniBooNE عددًا أكبر بكثير من النيوترينوات من نوع معين أكثر مما هو متوقع - وأسهل طريقة لتفسير هذه الظاهرة هي وجود جسيم أولي جديد: نيوترينو معقم ، جزيء أكثر سرية وغرابة من الأنواع الثلاثة المعروفة من النيوترينوات. النتيجة ، على ما يبدو ، تؤكد النتائج الشاذة للتجربة القديمة ، لتأكيد أي من MiniBooNE تم بناؤه.
وقال
سكوت دوديلسون من جامعة كارنيجي مالون إن استمرار شذوذ النيوترينو مرضي للغاية للفيزيائيين. وأضاف
أنزي سلوزار من
مختبر بروكهافن الوطني أن هذا "يقول أن شيئًا مثيرًا للاهتمام
يحدث بالفعل ".
ولكن ماذا بالضبط ، لا يمكن لأحد أن يقول.
قالت
جانيت كونراد ، أخصائية فيزياء النيوترينو في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) ، وعضو في تعاون MiniBooNE: "كنت مهتمًا جدًا بالنتيجة ، لكنني لست مستعدًا لأن أصرخ" Eureka!
إن وجود النيوترينوهات المعقمة سيحدث ثورة في الفيزياء على جميع المستويات. ستنتهك أخيرًا
النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات ، والذي استمر منذ السبعينيات. وقال دوديلسون إن ذلك سيتطلب أيضا "نموذجا معياريا جديدا لعلم الكونيات". وأضاف: "هناك تصدعات أخرى في الصورة القياسية للعالم". "مفارقة النيوترينو قد تفتح الطريق أمامنا لنموذج جديد ومحسن."
النيوترينوات هي جسيمات صغيرة ، ومليارات منها تمر عبر أجسامنا كل ثانية ، ولكن نادرا ما تتفاعل معها. يتقلبون باستمرار بين ثلاثة "أصناف" - إلكترونية وميون وتاو. في تجربة MiniBooNE ، يتم إشعال شعاع الميون النيوترينوي في اتجاه خزان عملاق من
زيت البترول . في الطريق إلى الخزان ، يجب تحويل بعض النيوترينات الميونية إلى إلكترونات بسرعة تحددها فرق الكتلة. ثم يقوم MiniBooNE بتتبع وصول النيوترينونات الإلكترونية التي تنتج دفقات مميزة من الإشعاع في تلك الحالات النادرة عندما تتفاعل مع جزيئات الزيت. على مدار 15 عامًا من التشغيل ، سجلت MiniBooNE عدة مئات من النيوترينوهات الإلكترونية أكثر من المتوقع.
إن أبسط تفسير لهذه الكمية الكبيرة غير المتوقعة هو أن بعض النيوترينات الميونية تتأرجح إلى نيوترينو أثقل ، وهو نوع معقم لا يتفاعل مع أي شيء آخر غير النيوترينوات ، وأن بعض هذه النيوترينوهات العقيمة الثقيلة تتأرجح بعد ذلك إلى الإلكترون. يؤدي اختلاف الكتلة الكبير إلى المزيد من التذبذبات والمزيد من الاكتشافات.
يبلغ حجم خزان MiniBooNE 12 م ويحيط به 1520 خلية ضوئيةاكتشف عداد تلألؤ النيوترينو السائل (LSND) في لوس ألاموس شذوذًا مشابهًا في التسعينيات ، والذي تطلب بناء MiniBooNE. ومع ذلك ، في تجارب أخرى مع النيوترينوات ، والتي تعمل على مبادئ أخرى غير LSND و MiniBooNE ، لم تتمكن من العثور على علامات واضحة لوجود النيوترينوهات المعقمة المزعومة. قال
ويرنر روديوخان من معهد ماكس بلانك للفيزياء النووية "هذه لعنة عملنا - بعض التجارب ترى شيئًا والبعض الآخر لا يراها".
إذا كانت النيوترينوهات المعقمة هي تفسير النتائج الجديدة ، فلا يزال الفيزيائيون غير قادرين على معرفة كيفية دمج خصائص هذه الجسيمات الجديدة مع كل شيء آخر نعرفه. ولعل الحقيقة الأكثر إزعاجًا هي أنه عند ملاحظة الضوء القادم إلينا من الكون المبكر ، فهذا يعني أنه في ذلك الوقت لم يكن هناك سوى ثلاثة أنواع من النيوترينوات. قال سلوزار لفهم معنى نتائج LSND و MiniBooNE وتجارب أخرى ، "هناك حاجة إلى منصة نظرية جديدة تمامًا".
علاوة على ذلك ، على وجه التحديد تلك النيوترينوهات المعقمة القادرة افتراضيًا على التوافق مع البيانات التي تم الحصول عليها على MiniBooNE لا تحل أي ألغاز ، والتي بدأ الفيزيائيون عمومًا في بناء نظريات حول وجود مثل هذه الجسيمات. يمكن أن تفسر النيوترينوهات المعقمة ، كونها ثقيلة جدًا ، "المادة المظلمة" غير المرئية ، والتي ، على ما يبدو ، تغلف المجرات. سيشرحون لماذا تكون النيوترينات الإلكترونية والميون والتاو خفيفة الوزن باستخدام حيلة رياضية تسمى آلية
التأرجح . ولكن مع كتلة أقل من 1 eV ، يفتقر النيوترينو المعقم المزعوم على MiniBooNE إلى الكتلة للأغراض الموصوفة. قال
ماثيو باكلي ، متخصص في فيزياء الجسيمات من جامعة روتجرز: "لن يكون لدينا سبب لتوقع النيوترينوهات المعقمة (في الكتلة) 1 فولت" "ولكن ليس هذا في الماضي منعه الكون من إضافة جزيئات جديدة إلينا."
دفع الارتباك العديد من الخبراء إلى احتواء التفاؤل والبدء في الشك في أن MiniBooNE و LSND وقعوا ضحية لخطأ غير معروف. تجادل
فريا بلاكمان ، الفيزيائية بجامعة بروكسل الحرة ، بأن التجارب يمكن أن تقلل بشكل منهجي من معدل تحلل الفاوانيا المحايدة في خزان زيت MiniBooNE - وهذه الأحداث تحاكي إشارات من النيوترينونات الإلكترونية.
قال
نيل وينر ، الفيزيائي النظري في جامعة نيويورك: "من الواضح أن هناك شيئًا يمكن حله هنا ، وآمل أن يتحول إلى النيوترينو الرابع". "بالنظر إلى ذلك ، نتذكر أن هذا سيكون أول جسيم يفتح بعد النموذج القياسي ، لذا فإن عتبة إثبات وجوده عالية جدًا." في الوقت الحالي ، قال: "أنا أميل إلى نهج" الانتظار ، انظر ".
ستظهر إجابة أكثر تحديدًا في التجارب المستقبلية ، بما في ذلك
IsoDAR التي اقترحتها كونراد والعديد من زملائها. بدلاً من حساب عدد النيوترينوات من نوع معين في نهاية الشعاع ، سيرى كيف تتذبذب النيوترينوات بين الأصناف المختلفة خلال الرحلة ، والتي ستعطي صورة أكمل للتذبذبات. وقال كونراد "لن أضع أموالي في هذا المشروع بعد ، لأن هذا الفائض من النيوترينوات هو مجرد مكان في الجدول الزمني". "ماذا لو كانت البقعة ناجمة عن شيء آخر؟" ولأقتنع بذلك حقًا ، أحتاج إلى رؤية هذه التقلبات المتوقعة ذات دلالة إحصائية جيدة ".