Patikslinti neutrino ir antineutrino masių matavimai nuramino pasaulio fizikus (7)
Fizikų bendruomenė praėjusiais metais buvo stipriai sukrėsta, kai tyrimų rezultatai parodė, kad neutrinas ir jo antidalelė, antineutrinas, gali būti dalelių pasaulio keistuoliai, nes turi skirtingas mases. Ši mintis prieštaravo visuotinai priimtoms teorijoms apie subatominio pasaulio sandarą.
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Mokslininkai žino, kad egzistuoja trijų rūšių neutrinai bei juos atitinkantys antineutrinai. Kosmologiniai matavimai bei laboratorijose vykdomi eksperimentai rodo, kad šių dalelių masės yra ypatingai mažos. Kiekvienas neutrinas ir antineutrinas turi sverti mažiau nei viena milijoninė elektrono masės dalis.
Naujausi rezultatai, gauti MINOS eksperimente, atliktame Fermi nacionalinės greitintuvo laboratorijos (Fermi National Accelerator Laboratory) Energijos departamente, nuramino susirūpinimą, kilusį po praėjusių metų MINOS eksperimento duomenų. Dabartiniai rezultatai rodo, kad neutrino ir neutrino masės sutampa geriau.
Abiejų eksperimentų rezultatų palyginimas leidžia mokslininkams sumažinti nerimą, jog teks permąstyti viską, kaip Visata sudaryta smulkiausiame lygmenyje.
„Nauji daug tikslesni matavimai rodo mums, kad, panašu, jog šios dalelės ir jos antimedžiagos pora nesiskiria taip stipriai, kaip buvo nustatyta anksčiau. Dabartinių matavimų ribose atrodo, kad Visata veikia tokiu būdu, kaip daugelis ir įsivaizduoja, – pasakė Fermi laboratorijos mokslininkas bei MINOS eksperimento atstovas spaudai Robas Planketas (Rob Plunkett). – Ši nauja ir papildoma informacija apie antineutrino parametrus padeda nubrėžti ribas naujai fizikai, kuri bus toliau tiriama ateityje užplanuotuose eksperimentuose.“
University College London fzikos profesorius Dženis Tomasas (Jenny Thomas) pristatė naujus rezultatus, tai yra geriausius miuoninio neutrino ir antineutrino masių matavimo palyginimus, tarptautiniame simpoziume, vykusiame Indijoje. MINOS eksperimente gautų duomenų skaičius beveik padvigubėjo nuo 2010 metų birželio mėnesio – nuo šimto antineutrino registravimų iki šimto devyniasdešimt septynių. Nors naujieji rezultatai tesiskiria tik vienu standartiniu nuokrypiu nuo ankstesnių rezultatų, tačiau rezultatų derinys atmeta galimybę, kad ankstesni rezultatai gali būti susiję su detektorių ar skaičiavimo klaidomis. Rezultatų derinys rodo statistines fluktuacijas, kurios sumažėjo, kai gauta daugiau duomenų.
Fizikai išmatavo skirtumus tarp masių kvadratų dviejų tipų neutrinams ir palygino su antineutrinų masių kvadratais. Gautas dydis vadinamas delta m kvadratu. 2010 metais gauti rezultatai rodė, kad neutrinų masių skirtumas buvo apie keturiasdešimt procentų mažesnis antineutrinams, tuo tarpu naujieji duomenys rodė tik šešiolikos procentų skirtumą.
„Ankstesni rezultatai buvo palikę dviejų procentų galimybę, kad neutrino ir antineutrino masės yra vienodos. Tai skiriasi nuo teorinių modelių, kurie numatė neutrinų sąveikos scenarijus, – pasakė Tomasas. – Todėl mes praleidome beveik metus ieškodami bet kokių instrumentinių efektų, kurie galėjo sukelti tokį didelį skirtumą. Malonu žinoti, kad didžiausias kaltininkas čia buvo statistika.“
Kadangi keletas veikiančių bei užplanuotų neutrino eksperimentų visame pasaulyje remiasi neutrino ir antineutrino matavimais, naujieji MINOS duomenys pašalina jiems potencialias kliūtis.
Fermi laboratorijos greitintuvo kompleksas gali generuoti intensyvius miuoninio neutrino ir miuoninio neutrino pluoštelius bei pasiųsti juos į MINOS detektorius, kurių vienas yra Fermi laboratorijoje, o kitas Minesotoje. Tokie turimi pajėgumai leidžia eksperimentuotojams išmatuoti masių skirtumų parametrus. Matavimai priklauso nuo unikalių nutolusio detektoriaus charakteristikų, tiksliau – nuo magnetinio lauko. Magnetinis laukas leidžia detektoriui atskirti teigiamai ir neigiamai įelektrintus miuonus, atsirandančius dėl atitinkamos antineutrinų ir neutrinų sąveikos.
Antineutrinai labai silpnai sąveikauja su medžiaga, todėl jie gali beveik nekliudomai perlėkti visą Žemės rutulį. Tačiau labai mažas antineutrinų skaičius sąveikauja su MINOS detektoriumi, esančiu už septynių šimtų trisdešimt penkių kilometrų nuo Fermi laboratorijos Soudane (Soudan), Minesotos valstijoje. Savo kelionės, kuri tęsiasi apie 2,5 milisekundės, metu, dalelės osciliuoja procese, kurį nusako masių būsenų skirtumas.
Šiuo metu Fermi laboratorijoje planuojami kiti eksperimentai, tai yra NOvA ir MINOS+, kurie turėtų dar labiau sumažinti išmatuotų masių skirtumus. Abiejuose eksperimentuose bus naudojamas patobulinto greitintuvo pluoštelis, kuriame bus daugiau kaip du kartus didesnis neutrinų skaičius. Manoma, kad naujasis neutrinų pluoštelis pradės veikti 2013 metais.
MINOS eksperimente dirba daugiau kaip šimtas keturiasdešimt mokslininkų, inžinierių, techninių specialistų bei studentų iš trisdešimties institucijų, taip pat universitetų bei nacionalinių laboratorijų, esančių penkiose šalyse: Brazilijoje, Graikijoje, Lenkijoje, Jungtinėje Karalystėje bei JAV.
