Kust saavad neutriinod oma massi? See on mõistatus, osakeste füüsika standardmudeli kõige segavam. Kuid füüsikute meeskond arvab, et nad teavad, kuidas seda lahendada.
Siin on probleem: neutriinod on imelikud. Ülimalt nõrgad osakesed, enamik neist on nii vähese energiatarbega ja ebaolulised, et läbivad kogu meie planeedi peatumata. Aastakümneid arvasid teadlased, et neil pole mingit massi. Standardmudeli algversioonis, mis kirjeldab osakeste füüsikat, oli neutriino täiesti kaalutu. Umbes kaks aastakümmet tagasi see muutus. Füüsikud teavad nüüd, et neutriinodel on mass, ehkki minimaalsetes kogustes. Ja nad pole veel päris kindlad, miks see mass on.
Saame mõistatuse siiski lahendada, väidab 31. jaanuaril ajakirjas Physical Review Letters ilmunud uus paber. Piisava aja ja andmete olemasolul peaksid kõrgeima energiasisaldusega neutriinod, mida võime juba tuvastada, aitama saladusi nende massist lahti saada.
Neutrinoresonantside tuvastamine
Neutrinodel on erinev energiakogus: kaks muidu ühesugust osakest käituvad väga erinevalt sõltuvalt sellest, kui palju energiat nad kannavad.
Enamik neutriinodest, mida me suudame tuvastada, pärinevad meie päikesest ja peotäiest ülitähtsatest energiaallikatest Maal (nagu tuumareaktorid) ning on suhteliselt madala energiaga. Ja madala energiatarbimisega neutriinod libisevad mateeria tükkidest hõlpsalt läbi, ilma millekski paugutamata. Kuid meie planeeti pommitavad ka palju kõrgema energiaga neutriinod. Ja need põrkavad palju tõenäolisemalt teisi osakesi, näiteks traktorihaagis, mis karjub möödasõidurajal maanteel.
2012. aastal jõudis Antarktikas võrku osakeste detektor, mis on mõeldud nende suurema energiatarbimisega neutrinode tuvastamiseks. Kuid detektor, mille nimi on IceCube, ei suuda neid otseselt tajuda. Selle asemel otsitakse kõrge energiaga neutriino kokkupõrke tagajärgi ümbritsevas jääs asuvate veemolekulidega - kokkupõrkeid, mis tekitavad purunemisi muud tüüpi osakestest, mida IceCube suudab tuvastada. Tavaliselt on need purunemised räpane, tekitades mitmesuguseid osakesi. Kuid mõnikord on nad ebaharilikult puhtad - resonantsiks kutsutud protsessi tulemus, ütles uuringu kaasautor Bhupal Dev, St Louis'i Washingtoni ülikooli füüsik.
Kui neutriino tungib teise osakese, täpsemalt elektronisse, läbib see mõnikord Glashow resonantsina tuntud protsessi, ütles Dev Live Science'ile, et resonants masseerib need kaks osakest kokku ja muudab need millekski uueks: W-bosooniks. Esmakordselt 1959. aastal välja pakutud Glashow resonants nõuab väga suuri energiaid ja üks näide võib ilmneda IceCube'is 2018. aastal vastavalt neutrinode konverentsil peetud 2018. aasta jutus.
Kuid Devi ja tema kaasautorite sõnul võib seal olla ka teist tüüpi resonantsi. Üks populaarsemaid teooriaid selle kohta, kuidas neutriinod saavad oma massi, on tuntud kui "Zee mudel". Ja Zee mudeli all oleks teist tüüpi resonants, nagu näiteks Glashow, mis tekitaks uue uue osakese, mida tuntakse "Zee lõhkemise" all, kirjutasid teadlased uues uuringus. Ja see vastukaja jääks IceCube'i võimekuse hulka.
Kui Zee-plahvatus tuvastataks, tooks see kaasa standardmudeli radikaalse värskenduse, muutes täielikult selle, kuidas füüsikud näevad neutriine, ütles Dev.
Zee mudel läheks teooria juurest kindla teaduse juurde ja olemasolev neutriinode mudel visataks välja.
Kuid IceCube on tundlik ainult teatud neutriinoenergiavahemike suhtes ja tingimused, mis tekitaksid Zee-purke, on selle vahemiku välisservades. Teatud aja jooksul tuvastab IceCube ühe sellise juhtumi tõenäoliselt järgmise 30 aasta jooksul.
Kuid õnneks on IceCube'i värskendused tulekul, märkisid teadlased. Kui detektor on üle viidud palju suuremale ja tundlikumale IceCube-Gen 2-le (pole täpselt teada, millal see juhtub), peaks tundlikum seade suutma Zee-purske kätte saada vaid kolme aasta pärast - kui Zee-pursked on tõesti seal väljas.
Ja kui Zee-purskeid ei ole ja Zee-mudel on vale, süveneb neutriinomassi müsteerium ainult sügavamale.
