Bilim Basitleştirildi: Steril Nötrinolar Nelerdir?

 

Steril nötrinolar, bazı beklenmedik deneysel sonuçları açıklamak için önerilmiş, ancak kesin olarak keşfedilmemiş özel bir nötrino türüdür. Bilim adamları birçok farklı deneyde onları arıyorlar.

Standart elektron, müon ve tau nötrinoları (ve antinötrinolar) madde ile iki kuvvet (zayıf kuvvet ve yerçekimi) aracılığıyla etkileşime girerken, bilim adamları steril nötrinoların yalnızca yerçekimi yoluyla etkileşime girebileceğini düşünüyor. Bu, onları tespit etmeyi zor "normal" nötrinolardan daha da zorlaştırır. Yerçekimi tüm kuvvetlerin en zayıfıdır ve nötrinolar çok hafiftir, bu nedenle yerçekimi üzerinde çalışmak için fazla bir şey vermezler. Evrenin kaosunun ortasında hafif sinyaller bulmak zor ama imkansız değil.

Bilim adamları, nötrinoların üç çeşidini bilmelerine rağmen, kaç çeşit steril nötrino olabileceğinden emin değiller. Eklemek için sadece bir tane var mı, yoksa paralel bir üç mü? Ya da belki daha da fazlası var!

Parçacıklar (tuhaf nötrino dahil), dönüş ve sarmallık adı verilen özelliklere sahiptir. Parçacıklar kelimenin tam anlamıyla bir tepe gibi dönmezler, ancak bu yine de bunu düşünmenin iyi bir yolu. Helisite, dönüşün parçacığın hareketiyle nasıl ilişkili olduğunu ifade eder ve birinin solak veya sağlak olması fikrine benzer.

Ellerini uzat ve iki yumruk yap. Parmaklarınızın kıvrılma şekli bir parçacığın dönüşünü temsil eder ve başparmağınız hareket yönünü gösterir. Bunlar sağlak ve solak parçacıklardır ve doğanın dört kuvvetinden biri olan zayıf kuvvet onlara eşit davranmadığı için önemlidirler. Zayıf kuvvet, solak parçacıklarla etkileşime girmeyi şiddetle tercih eder.

Şimdiye kadar, bilim adamları sadece solak nötrinolar buldular. Ancak sağ elini kullanan nötrinolar varsa, bunlar tahmin edilen steril nötrinolar olabilir. Zayıf kuvvet onları görmezden geleceğinden, steril (sağ elini kullanan) nötrinolar yalnızca yerçekimi yoluyla etkileşecek ve onları sınırda görünmez hale getirecektir.

Bu gizli parçacıkları keşfetmenin bir yolu salınımı içerir. Bazı deneyler, teorinin olmaması gerektiğini öngördüğü yerlerde aşırı bir nötrino salınımı gördü. Ve bazı deneyler, nötrinoların atmosfer veya güneş gibi daha uzak yerlerden nötrinolar üzerinde yapılan deneylerden çok daha kısa mesafelerde ortaya çıktığını veya kaybolduğunu gördü. Nötrinolar bu dördüncü tür nötrinoya salınırsa, bu, deneylerde görülen hızlı değişimleri ve anormallikleri açıklayabilir. Herhangi bir şeye kesin olarak karar verilebilmesi için çok daha fazla veriye ihtiyaç vardır.

Nötrinolar, dört Standart Model kuvvetinden ikisi aracılığıyla etkileşir: zayıf kuvvet ve yerçekimi. Onlara hayaletimsi doğalarını veren bu etkileşim eksikliğidir (ve onların küçük kütlesi). Örneğin, güneşten gelen nötrinoların yüzde 50'si, etkileşime girmeden bir ışık yılı kurşundan geçecektir.

Ancak, zaten neredeyse kütlesiz olan ve zayıf kuvvetle etkileşmeyen bir nötrino hayal edin. Bilim adamları onların orada olduğunu nasıl bilecek? Bu tam olarak "steril" nötrinoları aramanın zorluğudur.

LEP Mıknatıs Ayarları

Teknisyenler, 1999'da LEP'nin binlerce mıknatısından birinde hassas ayarlamalar yapıyorlar. Kredi: CERN

CERN'deki Büyük Elektron-Pozitron (LEP) çarpıştırıcısında bilim adamları, elektronlar ve pozitronlar arasındaki çarpışmalardan ortaya çıkan parçacıkları ölçtüler. Bir parçacık, Z bozonu, zayıf kuvvetin taşıyıcısıdır ve ne kadar çabuk bozunduğu, büyük ölçüde bağlandığı parçacıkların sayısına bağlıdır. Bilim adamları, Z bozonunun bozunmasını ölçerek, yalnızca üç nötrinonun zayıf kuvvetle eşleştiğini çok yüksek bir hassasiyetle ölçebildiler: elektron, müon ve tau nötrinoları. Ancak, LEP'in göremediği herhangi bir sayıda ekstra "steril" nötrino olabilir, yine de bilim adamlarının nedenini bulması gerekecek olsa da.

Steril nötrino ipuçları deneyler birkaç geliyor. Los Alamos Ulusal Laboratuvarı'ndaki Sıvı Sintilatör Nötrino Dedektörü (LSND) deneyi, esas olarak müon nötrinolarından oluşan bir durgunlukta bozunma ışını üzerinde çalıştı ve tahmin edilenden daha fazla elektron nötrinosu buldu. Bu, bilinen nötrino tatları için görülen benzer bir salınım imzasıydı, ancak uzaktan ve enerji kombinasyonu araştırmacıları beklemiyordu. Yeni bir lokasyondaki benzer bir sinyal, bilinmeyen bir tür nötrinonun perde arkasında saklandığına dair bir ipucudur.

MicroBooNE Dedektörü

MicroBooNE dedektörü, Fermilab'daki üç kısa temel nötrino dedektöründen biridir. Steril nötrinoları avlıyor ve muazzam Derin Yeraltı Nötrino Deneyi için kullanılacak sıvı-argon teknolojisini test ediyor. Kredi: MicroBooNE/Fermilab

LSND sonuçlarının bu yorumunun doğru olup olmadığını doğrulamak için devam eden birçok çalışma var. Şimdiye kadar bu deneylerden elde edilen sonuçlar yetersizdi. Fermilab'daki MiniBooNE deneyi, steril nötrinoların varlığı nedeniyle ortaya çıkan ekstra elektron nötrinoları olarak da yorumlanabilecek ipuçlarını gördü, ancak MINOS deneyi, Daya Bay Reaktörü Nötrino Deneyi ve steril nötrinolar nedeniyle yok olan nötrinoları arayan diğer projeler olmadı. şu sinyali gör. Fermilab'daki Kısa Temel Nötrino programı, şu anda çalışan veya yapım aşamasında olan üç sıvı-argon dedektörü kullanacaktır. Bu proje paketi, Fermilab'da üretilen bir müon nötrino ışınının çok yüksek hassasiyetli ölçümlerini yaparak bu soruyu kesin olarak yanıtlamayı amaçlamaktadır.

Kısa temel deneyler, elektronvolt ölçeğinde nispeten az miktarda enerji taşıyan hafif steril nötrinoları ararken, farklı enerjilerde farklı steril nötrinolar olabilir. 1.000 elektronvolt civarındaki steril nötrinolar, karanlık madde veya diğer kozmolojik sorunlarla ilgili olabilir. Ve 10 13 gigaelektronvolt civarındaki nötrinolar, bilinen hafif nötrinolarda gördüğümüz küçük nötrino kütlelerini açıklamaya yardımcı olan ağır tahterevalli nötrinolar olabilir. Bu ölçeğin hemen üzerinde, 10 15 gigaelektronvolt, fizikçiler ayrıca büyük birleşik teoriler ve farklı kuvvetlerin birbirleriyle nasıl ilişkili olduğu hakkında konuşmaya başlarlar.

Böylece steril nötrinolar, fiziğin birçok farklı unsuruna bağlanabilir. Bilim adamları edilir şimdiye kadar gördük Bütün nötrinolar solak ve tüm antineutrinos sağ elini, ama sağ elini kullanan nötrinolar olsaydı, onlar sadece steril nötrino gibi hareket başladı. Diğer parçacıkların hem sol hem de sağ elini kullanan versiyonları vardır ve sağ elini kullanan nötrinolar, Standart Modele nötrino kütleleri eklemenin popüler bir yoludur.

Kaynak; scitechdaily.com