Η αλλαγή «γεύσης» νετρίνων ίσως εξηγεί την ύπαρξη του Σύμπαντος

Στα βάθη των ιαπωνικών βουνών, μέσα στον υπερσύγχρονο ανιχνευτή Super-Kamiokande, αλλά και στα εργαστήρια του Fermilab στο Ιλινόις, μια διεθνής ομάδα φυσικών σημειώνει πρόοδο στην κατανόηση των νετρίνων, των πιο αινιγματικών σωματιδίων του σύμπαντος. Η συνεργασία ανάμεσα στα πειράματα NOvA στις ΗΠΑ και T2K στην Ιαπωνία δημιούργησε τον πιο ακριβή χάρτη που έχει ποτέ καταγραφεί για τη συμπεριφορά αυτών των σωματιδίων, τα οποία μπορούν να διασχίζουν τη ύλη σχεδόν χωρίς να αλληλεπιδρούν μαζί της.

Τα νετρίνα, που συχνά αποκαλούνται «σωματίδια φάντασμα», είναι παντού γύρω μας. Δισεκατομμύρια από αυτά περνούν μέσα από το σώμα μας κάθε δευτερόλεπτο, προερχόμενα από τον Ήλιο, πυρηνικούς αντιδραστήρες ή μακρινά κοσμικά γεγονότα. Παρά την αφθονία τους, παραμένουν ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια της φυσικής. Η κατανόηση της συμπεριφοράς τους θα μπορούσε να δώσει απαντήσεις στο γιατί, μετά το Big Bang, η ύλη επικράτησε της αντιύλης, αντί να ακυρωθεί, επιτρέποντας έτσι την ύπαρξη του Σύμπαντος – και τη δική μας.

Η ανακάλυψη επικεντρώνεται σε ένα φαινόμενο που ονομάζεται «ουδέτερη ταλάντωση» (neutral oscillation): η ικανότητα των νετρίνων να αλλάζουν «ταυτότητα» ή «γεύση». Υπάρχουν τρεις βασικές γεύσεις – ηλεκτρονική, μιονική και ταυονική – και ένα νετρίνο μπορεί να μετατραπεί από τη μία στην άλλη κατά τη διάρκεια της διαδρομής του.

Συνδυάζοντας τα δεδομένα των δύο πειραμάτων, οι επιστήμονες μπόρεσαν να αναλύσουν τη συχνότητα και τις συνθήκες αυτών των αλλαγών με λεπτομέρεια που δεν είχε επιτευχθεί ποτέ ξανά. Το NOvA στέλνει δέσμη νετρίνων από το Fermilab στο Ιλινόις σε έναν τεράστιο ανιχνευτή στη Μινεσότα, ενώ το T2K στέλνει αντίστοιχη δέσμη από το Tokai προς το Super-Kamiokande, σε απόσταση 295 χιλιομέτρων. Και τα δύο συστήματα καταγράφουν πώς τα νετρίνα αλλάζουν ταυτότητα κατά μήκος της πορείας τους.

Η συγχώνευση των δεδομένων επέτρεψε στους ερευνητές να εξετάσουν ένα ακόμη πιο λεπτό ζήτημα: τη διαφορά μεταξύ νετρίνων και αντινετρίνων. Αν οι δύο αυτές «εκδοχές» δεν συμπεριφέρονται με τον ίδιο τρόπο – μια παραβίαση που ονομάζεται CP violation – μπορεί να εξηγεί γιατί το Σύμπαν περιέχει περισσότερη ύλη από αντιύλη. Μια μικρή αρχική ασυμμετρία, που συνέβη στα πρώτα δευτερόλεπτα μετά το Big Bang, ενδέχεται να καθόρισε την μοίρα όλης της ύπαρξης.

«Τα νετρίνα είναι συναρπαστικά επειδή ποτέ δεν παραμένουν ίδια», σχολίασε η Zoya Vallari, φυσικός στο Ohio State University, η οποία συμμετείχε στη μελέτη. «Κάθε φορά που κινούνται, αλλάζουν τη γεύση τους. Κατανοώντας αυτή τη συμπεριφορά, προσπαθούμε να αποκωδικοποιήσουμε ένα μήνυμα που αφηγείται την ιστορία του Σύμπαντος».

Αν και τα αποτελέσματα δεν δίνουν ακόμα οριστική απάντηση, αποτελούν σημαντικό βήμα για την επίλυση ενός από τα παλαιότερα κοσμολογικά αινίγματα. Τα επόμενα πειράματα, όπως το DUNE στις ΗΠΑ και το Hyper-Kamiokande στην Ιαπωνία, θα χρησιμοποιήσουν ακόμα πιο ισχυρές δέσμες νετρίνων και μεγαλύτερες αποστάσεις για να διαπιστώσουν αν υπάρχει πραγματικά μετρήσιμη διαφορά μεταξύ νετρίνων και αντινετρίνων.

Η πρόοδος αυτή ανοίγει νέους δρόμους για την κατανόηση της προέλευσης του Σύμπαντος και ενισχύει την ιδέα ότι η συμπεριφορά των πιο ελαφρών και μυστηριωδών σωματιδίων μπορεί να κρύβει τα κλειδιά για τα μεγαλύτερα μυστήρια της Φυσικής.

[source]