Neutrino yang melewati inti bumi tidak menunjukkan kemandulan
Dalam fisika, kiasan menggoda tentang keberadaan neutrino steril (lembam) secara berkala muncul - jenis neutrino keempat secara teoritis, yang berbeda dari tiga lainnya yang diprediksi oleh Model Standar. Para peneliti mencoba menemukannya menggunakan observatorium IceCube neutrino (Ice Cube). Ini adalah detektor neutrino yang kuat di Antartika, yang mampu mengenali neutrino yang datang dari luar angkasa . Mungkinkah kita menemukan partikel ini dan bergegas ke era fisika baru yang menarik?Tidak. Pencarian di IceCube tidak mengarah ke apa pun, dilihat dari hasil yang diterbitkan pada awal Agustus 2016. Tidak adanya deteksi tidak berarti bahwa neutrino steril tidak ada, tetapi memaksakan pembatasan yang paling ketat pada mereka, sangat mempersempit kisaran energi yang mungkin dan menentukan arah pencarian di masa depan.Jika neutrino steril ditemukan, mereka akan menjelaskan anomali dalam studi lama, membuka fisika baru kepada kita di luar Model Standar, dan memberikan petunjuk untuk teka-teki seperti sifat materi gelap dan ketidakseimbangan antara materi dan antimateri di alam semesta. "Jika Anda menambahkan neutrino keempat, semuanya berubah," kata Francis Halzen, manajer proyek dan rekan penulis IceCube.Kehadiran hantu
Untuk merasakan sifat neutrino, Anda hanya perlu membayangkan bahwa selama Anda membaca kalimat ini, setidaknya 100 triliun neutrino melewati tubuh Anda. Mereka melewati benda padat tanpa hambatan, karena mereka tidak berinteraksi melalui gaya elektromagnetik. Gaya-gaya elektromagnetik, antara lain, menghubungkan atom-atom tubuh Anda dan mencegah Anda jatuh dari lantai.Salah satu alasan untuk kemungkinan mendeteksi neutrino adalah bahwa mereka tunduk pada interaksi nuklir yang lemah. Interaksi seperti ini sangat jarang terjadi: neutrino bertabrakan dengan atom ketika ia melewati materi, menghasilkan flash. Ini juga diamati oleh detektor neutrino modern, termasuk IceCube.Neutrino steril akan menjadi lebih hantu daripada neutrino biasa, karena mereka bahkan tidak mengalami interaksi yang lemah, sehingga mustahil untuk mendeteksi mereka dengan cara ini. Mereka memiliki massa, sehingga mereka berinteraksi melalui gravitasi, tetapi detektor tidak dapat dibangun berdasarkan prinsip ini. Neutrino steril dapat terbang ke seluruh tubuh Anda saat ini, tetapi tidak ada cara untuk mengetahuinya. Setidaknya secara langsung.Siapa yang harus dimintai bantuan
Ini tidak berarti bahwa kita ditakdirkan untuk ketidaktahuan abadi. Neutrino secara konstan berosilasi dan mengubah "aromanya" - mereka berganti-ganti antara keadaan elektron neutrino, muon neutrino dan tau neutrino. Neutrino steril dapat berubah menjadi neutrino biasa, yang memungkinkan untuk mendeteksi keberadaannya.Neutrino yang melewati materi sangat padat, seperti inti bumi, cukup sering berinteraksi dengan materi. Karena hal ini, pola osilasi mereka berubah dan mereka masuk ke resonansi, yang meningkatkan kemungkinan transformasi mereka menjadi neutrino steril, jadi para peneliti mencari neutrino yang datang pada sudut yang menunjukkan perjalanan mereka melalui inti bumi dan selanjutnya masuk ke detektor. Neutrino semacam itu muncul di atmosfer di atas belahan bumi utara karena radiasi kosmik, dan kemudian melewati planet ini dan jatuh ke dalam IceCube.“Osilasi mencampurkan keempat rasa yang memiliki neutrino steril dan semua rasa lainnya, jadi jika Anda bermain dengan salah satu rasa, itu akan mempengaruhi semua orang,” kata Halzen.Neutrino yang telah menjadi steril pada akhirnya akan hilang - mereka tidak akan muncul di detektor. Jika beberapa neutrino yang melewati nukleus berubah menjadi steril, maka akan ada penurunan energi dari neutrino muon yang masuk, tepat di tempat yang sesuai dengan massa neutrino steril.Untungnya, energi ini - dari urutan 1 TeV - mudah jatuh ke dalam kepekaan IceCube, yang mencakup energi dari 10 GeV hingga 10 PeV. Jika neutrino steril ada dalam celah energi ini, IceCube akan mendeteksi mereka.Pencarian mencakup data yang diperoleh selama dua tahun, di mana neutrino bergerak ke arah yang benar ditangkap setiap enam menit. Data dianalisis oleh dua kelompok independen yang sampai pada kesimpulan yang sama: tidak ada celupan energi yang terdeteksi pada muon neutrino, yang akan menunjukkan adanya yang steril.Teka-teki dan Peluang
Pada awalnya diyakini bahwa neutrino tidak memiliki massa dan bergerak dengan kecepatan cahaya. Ini diprediksi oleh model standar. Tetapi setelah 30 tahun ketidakpastian, osilasi neutrino ditemukan. Untuk partikel tanpa massa, mereka tidak mungkin, jadi mereka memiliki massa."Sejauh ini, ini adalah satu-satunya tanda bahwa Model Standar tidak lengkap," kata Halzen. - Harus ada fisika di luar Model Standar. Secara khusus, fisika baru harus bersembunyi di neutrino dan itu akan membantu menjelaskan misteri terbesar di zaman kita. "Teka-teki ini, khususnya, keberadaan materi gelap dan ketidakseimbangan antara materi dan antimateri di Alam Semesta, adalah bagian dari motivasi para fisikawan yang terlibat dalam pencarian di luar Model Standar. Meskipun Model Standar secara mengejutkan berhasil, itu tidak dapat mencakup sebagian besar Semesta. "Neutrino steril bisa menjadi cara untuk memahami tugas-tugas ini," kata Halzen.Large Hadron Collider juga digunakan untuk menemukan jalur di luar Model Standar, dan itu juga baru-baru ini tidak dapat mendeteksi jejak partikel baru yang tampak begitu menjanjikan tahun lalu . "Para ahli neutrino dan LHC secara bersamaan menyerang Model Standar untuk mencari cabang fisika baru," kata Halzen.Maju terus
Kegagalan untuk mendeteksi neutrino steril tidak membatalkan keberadaan mereka, tetapi setiap kali pencarian tidak menemukan mereka, kepercayaan pada keberadaan mereka menurun. "Orang-orang melihat isyarat adanya neutrino steril di mana-mana, sebagai petunjuk bahwa Elvis masih hidup," kata Halzen. "Ada serangkaian petunjuk dan ahli teori yakin akan keberadaan mereka."Berkat penghargaan yang begitu berharga, para peneliti belum siap untuk menyerah. "Dengan tidak adanya penemuan, kami terus mencari dan, tentu saja, IceCube mempelajari neutrino pada rentang dinamis yang besar, dan kami akan terus mempelajari semua neutrino ini pada semua energi dengan harapan bahwa suatu tempat Model Standar akan memberikan kelonggaran, dan kami akan mulai menemukan fisika baru" - kata Haltsen dalam video.Selain itu, para peneliti telah menunjukkan bahwa IceCube dapat digunakan untuk berbagai pekerjaan yang melampaui sekadar mencari neutrino ruang."Hasil ini menggarisbawahi fleksibilitas dari observatorium neutrino," kata Olga Botner, juru bicara kolaborasi IceCube dan penulis kontributor lainnya. "Ini bukan hanya instrumen untuk mempelajari Semesta yang intens, tetapi juga kesempatan untuk mempelajari sifat-sifat neutrino sendiri."Source: https://habr.com/ru/post/id396889/
All Articles