Był eksperyment, jest anomalia. Czy to nowa cząstka elementarna?

Nowe eksperymenty potwierdzają to, co udało się ustalić już wcześniej: naukowcy są bliscy potwierdzenia istnienia nowej cząstki elementarnej znanej jako neutrino sterylne.

Za badaniami stoją przedstawiciele Los Alamos National Laboratory, którzy prowadzą eksperyment BEST (Baksan Experiment on Sterile Transitions). Ich ustalenia w tej sprawie zostały zaprezentowane na łamach dwóch czasopism: Physical Review Letters i Physical Review C.

Czytaj też: Komputery kwantowe pomagają symulować zderzenia cząstek elementarnych. Czas na nową fizykę

Ponad 1,5 kilometra pod powierzchnią naukowcy wykorzystali 26 napromieniowanych tarcz chromu-51, czyli syntetycznego radioizotopu chromu. Użyli też źródła neutrin elektronowych, które miało posłużyć do napromieniowania wewnętrznego i zewnętrznego zbiornika z galem – miękkim metalem wykorzystywanym już w czasie poprzednich eksperymentów. W wyniku reakcji pomiędzy neutrinami elektronowymi z chromu-51 i galu powstał izotop znany jako german-71. Tempo jego produkcji było o 20-24% niższe od oczekiwanego w oparciu o modele teoretyczne, natomiast sama rozbieżność okazała się zgodna z wcześniej obserwowanymi.

Wyniki są bardzo ekscytujące. Zdecydowanie potwierdzają anomalię, którą zaobserwowaliśmy w poprzednich eksperymentach. Ale co to oznacza, nie jest oczywiste. Obecnie istnieją sprzeczne wyniki dotyczące neutrin sterylnych. Jeśli wyniki wskażą, że fundamentalna fizyka jądrowa lub atomowa jest źle rozumiana, to również byłoby bardzo interesujące.wyjaśnia Steve Elliott z Los Alamos National Laboratory

Co ciekawe, w latach 80. trwał amerykańsko-radziecki eksperyment SAGE, w ramach którego również wykorzystano gal i źródła neutrin o dużej intensywności. Naukowcy zwrócili wtedy uwagę na deficyt neutrin elektronowych. Zaobserwowana rozbieżność między przewidywanymi a rzeczywistymi wynikami została określona mianem anomalii galowej. Doszukiwano się w niej dowodów na oscylacje pomiędzy stanami neutrin elektronowych i neutrin sterylnych.

Czytaj też: Materia tworząca gwiazdy neutronowe coraz mniej tajemnicza. Naukowcy wiedzą, jak ją rozpracować

Dziesiątki lat później i w ramach innego eksperymentu odnotowano podobną anomalię. Wśród możliwych wyjaśnień tego fenomenu naukowcy wymieniają oscylacje w kierunku neutrina sterylnego. Ta hipotetyczna cząstka mogłaby stanowić ważny element w układance związanej z ciemną materią. Ta, choć nie została jeszcze zaobserwowana, prawdopodobnie odpowiada za większą część masy wszechświata. Wśród innych wyjaśnień tej anomalii wymienia się natomiast możliwość nieporozumienia w teoretycznych danych wejściowych do eksperymentu. Przekrój poprzeczny neutrina elektronowego nigdy nie był mierzony przy energiach, jakie wystąpiły w czasie eksperymentu. W przyszłości naukowcy chcieliby zastosować na przykład inne źródła promieniowania o wyższej energii czy dłuższym czasie połowicznego rozpadu.