Újabb feltételezett részecsketípus létezését cáfolták meg

A steril neutrínó nevű feltételezett részecsketípus nem létezik - jelentették ki a kutatók "99 százalékos bizonyossággal", miután a Déli-sarkvidéken működő jeges részecskeelemzővel kétévnyi mennyiségnek megfelelő adatot elemeztek.

"Az, hogy nem sikerült kimutatni a keresett részecskét, azt jelenti, hogy a fizikusok továbbra is sötétben tapogatóznak a kis tömegű neutrínó eredetét illetően, valamint abban a kérdésben, miért van egyáltalán tömege" - mondta Francis Hazen, az Antarktiszon működő IceCube (Jégkocka) neutrínóobszervatórium vezető kutatója.

A tudósok az obszervatórium segítségével kutatják a világűrből érkező neutrínókat. A detektor több mint egy mérföld mélységben van az antarktiszi jégben, fő alkotóeleme az 1 köbkilométeres jégkocka, amelybe forróvizes fúrással egyenletes rácsszerkezet mentén építettek be fénydetektorokat.

IceCube (Jégkocka) neutrínóobszervatórium Forrás: 2015 Erik Beiser/Erik Beiser

Mi az a neutrínó?

A neutrínó ("semlegeske") a könnyű elemi részecskék egyik fajtája. A részecskék világában nem jelentős gravitáció kivételével csak gyenge kölcsönhatásban vesz részt, erős kölcsönhatásban nem kimutatható. Elektromos töltése nincs, semleges, emiatt elektromágneses kölcsönhatásban sem vesz részt. Ez a magyarázata annak, hogy a neutrínó rendkívül közömbös az anyaggal szemben: egy fényév vastagságú ólomfalon a neutrínóknak mintegy fele haladna át úgy, hogy akár egyetlen atommal ütközne.

Neutrínók többféle forrásból is származhatnak, a tudósok a távoli világegyetemből érkezők mellett megkülönböztetnek mesterséges (atomerőművekben keletkező), földi, légköri és napneutrínókat (szoláris neutrínókat).

Forrás: Ian Rees, IceCube/NSF

A feltételezett steril neutrínó

A 2010 decemberében átadott antarktiszi obszervatórium feladata az, hogy megfigyelje a felrobbanó csillagok (szupernóvák) által kibocsátott és csaknem a fény sebességével száguldó neutrínókat. Mivel csak a neutrínók képesek akadálytalanul áthaladni a Földön, a bolygó szűrőként szolgál, ami minden más, az északi féltekén át érkező részecskét kiszűr.

Az 1 köbkilométeres Jégkocka több mint ötezer szenzora az Antartkisz jegét felhasználva detektálja a részecskét.

A Jégkocka által vizsgált területen trilliónyi neutrínó halad át, és amikor egyikük ütközik egy oxigénatommal a jégben, kék fény keletkezik. A tudósok a fényvillanás alapján számítják ki, hogy milyen iránya és energiája volt a neutrínónak, amikor a detektorba lépett.

Forrás: Jamie Yang, IceCube Collaboration

A részecskefizika standard modellje szerint a neutrínók három alakban fordulnak elő. Ezek az elektronneutrínók, a müonneutrínók és a tauneutrínók, létezésüket már kísérletekkel is igazolták.

Az eddigi feltevések szerint azonban létezhet egy negyedik típusú, "steril" neutrínó is, amely nem vesz részt a standard modellben leírt gyenge kölcsönhatásban.

Nem találták nyomát

A Physical Review Letters című amerikai lapban hétfőn bemutatott új tanulmány két független elemzésre épül, amelyek az antarktiszi detektor mintegy százezer neutrínóeseményből származó egyévnyi adatát elemzik. Az elemzést az atmoszférikus neutrínókkal végezték: ezek akkor keletkeznek, amikor a kozmikus sugarak részeikre esnek szét a Föld felső légkörében.

A kutatók a 320 gigaelektronvolt (GeV) és a 20 tetraelektronvolt (TeV) közötti energiájú ütközésekre fókuszáltak, Halzen szerint ebben a terjedelemben egyértelműen észlelhetőek lennének a steril neutrínók. A keresett részecskének azonban semmi nyomát nem találták,

így 99 százalékban biztosak abban, hogy nem létezik.

A világegyetem messzi részeiből érkező neutrínók a legnagyobb energiájú és legtávolabbi jelenségekről - például szupernóvákról, fekete lyukakról, pulzárokról és aktív galaxismagokról - hordoznak üzenetet. A nehezen észlelhető részecske alapvető annak megértésében, hogy miként működik az univerzum a legkisebb skálán nézve, és kulcsfontosságú olyan rejtélyek megoldásában, mint a nagy energiájú kozmikus sugárzás eredete vagy a sötét anyag és a sötét energia természete.