No kurienes neitrīni iegūst savu masu? Tas ir noslēpums, kas ir viens no visvairāk satraucošajiem daļiņu fizikas standarta modelī. Bet fiziķu komanda domā, ka viņi zina, kā to atrisināt.
Šeit ir problēma: neitrīni ir dīvaini. Īpaši vājas daļiņas, vairumam no tām ir tik zema enerģijas patēriņa un nebūtiskas nozīmes, ka tās bez apstājas iziet cauri visai mūsu planētai. Gadu desmitiem zinātnieki domāja, ka viņiem vispār nebija masas. Sākotnējā standarta modeļa versijā, kas apraksta daļiņu fiziku, neitrīno bija pilnīgi bezsvara. Apmēram pirms divām desmitgadēm tas mainījās. Fiziķi tagad zina, ka neitrīniem ir masa, kaut arī nelielos daudzumos. Un viņi vēl nav precīzi pārliecināti, kāpēc tieši šī masa.
Noslēpumu tomēr varam atrisināt, apgalvo jauns dokuments, kas publicēts 31. janvārī žurnālā Physical Review Letters. Ņemot vērā pietiekami daudz laika un datu, neitrīniem ar visaugstāko enerģijas daudzumu, ko mēs jau varam atklāt, vajadzētu palīdzēt atklāt viņu masas noslēpumus.
Neitrīno rezonanšu noteikšana
Neitrīni nāk ar dažādiem enerģijas daudzumiem: Divas citādi identiskas daļiņas izturēsies ļoti atšķirīgi atkarībā no tā, cik daudz enerģijas tās nes.
Lielākā daļa neitrīnu, kurus mēs varam noteikt, nāk no mūsu saules un nedaudziem īpaši spilgtiem enerģijas avotiem uz Zemes (piemēram, kodolreaktoriem), un to enerģija ir salīdzinoši zema. Un zemas enerģijas neitrīni viegli izslīd caur matērijas gabaliņiem, neko nedomājot. Bet mūsu planētu bombardē arī daudz augstākas enerģijas neitrīno. Un tie daudz biežāk iesprūst citās daļiņās, piemēram, traktora piekabe, kas kliedz pa lielceļu garāmbraucošajā joslā.
Jau 2012. gadā Antarktīdā tiešsaistē parādījās daļiņu detektors, kas ir paredzēts, lai noteiktu šos augstākas enerģijas neitrīnus. Bet detektors ar nosaukumu IceCube tos tieši nevar uztvert. Tā vietā tiek meklētas augstas enerģijas neitrīno sadursmes ar apkārtējā ledus ūdens molekulām - sadursmes, kas rada cita veida daļiņu pārrāvumus, ko IceCube var atklāt. Parasti šie pārrāvumi ir netīri, veidojot dažādas daļiņas. Bet dažreiz tie ir neparasti tīri - rezonanses procesa rezultāts, sacīja pētījuma līdzautors Bhupal Dev, Sentluisas Vašingtonas universitātes fiziķis.
Kad neitrīns nokļūst citā daļiņā, konkrēti, elektronā, tas dažreiz iziet cauri procesam, kas pazīstams kā Glashow rezonanse, Dev pastāstīja Live Science, ka rezonanse masē abas daļiņas un pārvērš tās par kaut ko jaunu: W bozonu. Pirmoreiz ierosināts 1959. gadā, Glāzstāva rezonanse prasa ļoti lielas enerģijas, un, iespējams, 2018. gada IceCube parādījās viens piemērs, saskaņā ar 2018. gada sarunu neitrīno konferencē.
Bet, pēc Deva un viņa līdzautoru domām, tur var būt arī citi rezonanses veidi. Viena no populārākajām teorijām par to, kā neitrīni iegūst savu masu, ir pazīstama kā "Zee modelis". Un saskaņā ar Zee modeli būtu cits rezonanses veids, piemēram, Glashow, iegūstot jaunu jaunu daļiņu, kas pazīstama kā "Zee eksplozija", pētnieki rakstīja jaunajā pētījumā. Un šī rezonanse būtu IceCube spēju atklāt.
Ja tiktu atklāts Zee pārrāvums, tas radītu radikālu standarta modeļa atjaunināšanu, pilnībā pārveidojot to, kā fiziķi skata neitrīnus, sacīja Dev.
Zee modelis pāriet no teorijas uz stingru zinātni, un esošais neitrīno paraugs tiks izmests.
Bet IceCube ir jutīgs tikai pret noteiktiem neitrīno enerģijas diapazoniem, un apstākļi, kas radītu Zee pārrāvumus, ir šī diapazona ārmalās. Ņemot vērā laiku, nākamo 30 gadu laikā IceCube, iespējams, pamanīs vienu no šādiem gadījumiem.
Bet par laimi nāk IceCube atjauninājumi, atzīmēja pētnieki. Kad detektors ir modernizēts uz daudz lielāku un jutīgāku IceCube-Gen 2 (nav precīzi skaidrs, kad tas notiks), jutīgākajai ierīcei jāspēj uzņemt Zee eksploziju tikai trīs gadu laikā - ja Zee pārrāvumi patiešām ir tur ārā.
Un, ja Zee pārrāvumi neeksistē, un Zee modelis ir nepareizs, neitrīno masas noslēpums tikai padziļināsies.
