Neutrinul steril, dacă există cu adevărat, răspunde doar la forța gravitației… dar ar răsturna ceea ce se știe deja despre diversele particule elementare.

Ceea ce au descoperit cercetătorii la un reactor experimental cu particule situat la o milă (1,609 km) sub suprafața pământului, în munții Rusiei, are potențialul unui „cutremur” pentru modelul standard al fizicii în sine: rezultatele experimentelor ar putea confirma o nouă particulă elementară, numită „neutrin steril” și ar putea duce la necesitatea revizuirii unei părți a modelului standard.

Experimentul face parte dintr-o cooperare științifică internațională dintre Laboratorul Național Los Alamos din New Mexico și Observatorul Baksan Neutrino din Rusia, lângă granița cu Georgia. Oamenii de știință au descris descoperirile lor în două articole publicate luna trecută în revistele Physical Review Letters și Physical Review C, scrie Popular Mechanics.

Pentru a înțelege descoperirile echipei, trebuie să vorbim despre neutrini (denumiți și neutrino), cele mai comune și mai puțin masive dintre particulele „grele” (particulele care au o anumită masă). Aceste particule elementare au fost teoretizate pentru prima dată cu zeci de ani în urmă și ideea e că ele interacționează doar cu gravitația și „forța slabă” a modelului standard al fizicii, ceea ce înseamnă că, la fel ca materia întunecată, neutrinii pot trece prin noi, planeta noastră și spațiu fără să interacționeze cu alte particule. De-a lungul deceniilor, oamenii de știință au dezvoltat modalități de a măsura neutrinii prin urmărirea efectului lor asupra a ceea ce este în jurul lor.

Actualul Model Standard al particulelor elementare

Apoi, mai mult de 20 de ani în urmă, oamenii de știință au detectat pentru prima dată ceva ce au numit „anomalia galiului”.

Într-un experiment special pregătit pentru a măsura neutrinii solari – particule ejectate din centrul soarelui, care pătrund în materia din jurul nostru – oamenii de știință au combinat un izotop sintetic numit crom-51 (⁵¹Cr) cu o sursă mare de galiu. Galiul este un metal deosebit care se topește la temperatura corpului uman și apoi arată ca și mercurul. Împreună, cele două elemente chimice produc un izotop numit germaniu-71 (⁷¹Ge).

Să ținem minte că, în timp ce elementele sunt în mod fundamental ele însăși, atomii sunt doar ecuații ale particulelor subatomice. Schimbarea formulării prin adăugarea sau scăderea particulelor precum protonii schimbă ce element este acel atom. Energia nucleară în general se bazează pe principiul că nucleul poate fi „deschis”, eliberând energia din interior.

Dar în timpul experimentului de la Baksan, numit „Experimentul sovietic-american cu galiu” (SAGE), oamenii de știință au observat ceva ciudat. Au existat cu 20-24% mai puțini atomi de germaniu-71 decât ar fi trebuit, pe baza rezervelor de galiu și crom-51 disponibile și pe baza naturii experimentului. Oamenii de știință de la acea vreme nu au fost, și nu sunt nici astăzi, siguri de ce nu era suficient germaniu-71. Cazul științific a ajuns să fie cunoscut sub numele de „anomalia galiului”.

Există două teorii pentru a explica discrepanța și nici una nu prea e pe placul oamenilor de știință. Prima este că la mijloc ar fi o neînțelegere a fundamentelor modelului standard al fizicii, ceea ce ar însemna că trebuie luată în calcul o paradigmă complet nouă și necunoscută în știință, iar asta ar putea elimina o mare parte din descoperirile ultimelor decenii. A doua explicație este că acesta este un tip special de neutrin care nici măcar nu răspunde la forța slabă – răspunde doar gravitației.

În noua cercetare, oamenii de știință din Los Alamos încep să „despacheteze” datele din cel mai recent experiment care va fi realizat la Baksan, în cadrul experimentului „BEST” („Baksan Experiment on Sterile Transitions”), repetând și continuând cercetarea începută cu SAGE. Ideea experimentului „BEST” este tranziția sterilă, unde „steril” este termenul tehnic pentru neutrinul care ar fi afectat doar de gravitație. „Ratele la fiecare distanță s-au dovedit a fi similare, dar cu 20%-24% mai mici decât se aștepta, reafirmând astfel anomalia”, raportează cercetătorii într-o lucrare.

Ceea ce oamenii de știință găsesc palpitant în experimentul BEST și în datele sale de până acum este că a reglat fin configurația experimentală în „joc”, astfel încât rezultatele să înceapă să se îndrepte înspre… ori să se distanțeze de neutrini sterili în particular. Iar acest lucru ar putea ajuta oamenii de știință fie să confirme, fie să elimine această ipoteză, în timp ce continuă studierea anomaliei galiului.

Experimentele pentru testarea neutrinilor sterili sunt extrem de grele de realizat, deoarece gravitația este cea mai slabă dintre forțele fundamentale, iar neutrinii sunt deosebit de mici și ușori; este ca și cum ai încerca să prinzi o frunză de pe copac făcând cea mai mică mișcare posibilă într-o pufăială insesizabilă de vânt, explică popularmechanics.com.