Fizicienii au putut măsura pentru prima dată interacţiunea cu materia a uneia dintre cele mai enigmatice particule

În 2002, cercetătorii au început Booster Neutrino Experiment, cunoscut şi ca MiniBooNE pentru a vedea cum neutrinii – particule fundamentale uşoare – interacţionează cu materia. Recent, savanţii au reexaminat datele de la un experiment realizat între 2009-2011, găsind primele dovezi directe ale existenţei neutrinilor mono-energetici sau neutrinii cu energie definită – suficient de energetici pentru a produce un muon, scrie Phys.

Neutrinii sunt extrem de uşori şi sunt influenţaţi doar de interacţiunea slabă, astfel că sunt foarte puţin reactivi. De fapt, pot călători ani lumină fără să interacţioneze cu materia. O consecinţă este că sunt foarte greu de detectat, dar din fericire sunt foarte uşor de creat în condiţii de laborator.

• Iată cum o simplă cană cu ceai poate deveni un detector de particule!
• Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat îndeaproape o stea din afara galaxiei Calea Lactee

Din cauza „timidităţii” neutrinilor, savanţii trebuie să lucreze cu impulsuri care conţin un număr mare de particule. Aceste impulsuri sunt îndreptate către nucleul atomic dintr-un detector, în speranţa că neutrinii vor intra în coliziune cu materialul ţintă.

„O complicaţie a acestor impulsuri este că energiile neutrinilor variază mult şi sunt oarecum imprevizibile”, a precizat fizicianul Joe Grande de la Argonne, unul dintre savanţii care au ajutat la descoperirea neutrinilor mono-energetici. „Acest lucru face dificilă interpretarea datelor”.

Noua descoperire poate ajuta cercetătorii să rezolve problema. S-a ajuns la concluzia că neutrinii mono-energetici sunt eliberaţi de un impuls, iar fizicienii au decis să analizeze datele de la MiniBooNE pentru a vedea dacă acest tip de neutrini a fost detectat în cadrul experimentului. Datele arată mii de coliziuni neutrin – nucleu, unde neutrinii au pornit cu aceeaşi energie 236 MeV (mega-electronvolţi).

În timpul experimentului, particulele numite kaoni create într-un „absorbant” de protoni al altui experiment s-au descompus în particule numite muoni şi muon-neutrini. Aceştia din urmă au ajuns la detectorul MiniBooNE. Întrucât kaonii erau inactivi, nu erau folosiţi atunci când s-au descompus şi pentru că s-au descompus în doar două particule, neutrinii aveau aceeaşi cantitate de energie iniţială înainte să interacţioneze cu nucleii atomici din detectorul MiniBooNE. De asemenea, din fericire, descompunerea kaonilor este un proces cunoscut.

Descoperirile pot deschide calea către o nouă serie de experimente mai concludente

„Cu ajutorul acestei descoperiri, ne putem îmbunătăţi înţelegerea cu privire la modul în care neutrinii interacţionează cu materia şi putem organiza alte experimente care pot creşte această interacţiune cu scopul de a cerceta alte procese ale fizicii”, a adăugat Grange. Folosind degradarea kaonilor ca sursă pentru neutrinii experimentali, se poate elimina incertitudinea cu privire la variaţiile de energie ale acestor particule, făcând analizele mai simple şi posibil cu rezultate mai bune.

Mai mult decât atât, datele îi vor ajuta pe oamenii de ştiinţă să cunoască mai bine comportamentul nucleilor atomici atunci când sunt bombardaţi cu neutrini, putând ajuta la îmbunătăţirea modelelor de interacţiune.

Chiar şi mai mult, aspectul experimental al acestei descoperiri poate ajuta savanţii să caute neutrinii sterili, un tip care influenţează materia doar prin forţa gravitaţională şi nu prin interacţiunea slabă. Un experiment din anii ’90 de la Los Alamos National Laboratory a adunat date care erau incompatibile cu cele culese de un alt experiment similar realizat la CERN, iar discrepanţa poate fi explicată prin existenţa acestei particule-fantomă.

Chiar acesta a fost scopul original al experimentului MiniBooNE: de a confirma sau infirma existenţa neutrinilor sterili. Deşi experimentul poate sfârşi prin a nu ajunge la nicio concluzie în acest sens, noua descoperire din datele culese până acum poate ajuta pe viitor la detectarea existenţei sale.

Vă recomandăm să citiţi şi următoarele articole:

Pentru prima dată, neutrinii, particule subatomice din care sunt compuse radiaţiile cosmice, au fost găsiţi pe Terra. ”Este începutul unui nou domeniu”

De ce au scufundat cercetătorii un telescop în cele mai adânci locuri din ocean

O particulă extrem de rară îşi poate schimba forma „ca un fel de Superman”, spune un om de ştiinţă

Cum ar arăta un univers constituit din antimaterie?