Odakle neutrini dobivaju svoju masu? To je misterija, jedna od najčešćih izazov u Standardnom modelu fizike čestica. Ali tim fizičara misli da ga znaju riješiti.
Evo problema: Neutrini su čudni. Ultra blijede čestice, većina ih je toliko niskoenergična i nebitna da prolaze kroz cijeli naš planet bez zaustavljanja. Desetljećima su znanstvenici smatrali da uopće nemaju masu. U originalnoj verziji Standardnog modela, koja opisuje fiziku čestica, neutrino je bio potpuno bez težine. Prije otprilike dva desetljeća to se promijenilo. Fizičari sada znaju da neutrini imaju masu, makar i u manjim količinama. A još nisu sigurni zašto je ta masa tačno.
Ipak, misteriju možemo riješiti, tvrdi novi rad, objavljen 31. siječnja u časopisu Physical Review Letters. S obzirom na dovoljno vremena i podataka, neutrini s najviše energije koje već možemo otkriti trebali bi pomoći otključavanju tajni njihove mase.
Otkrivanje neutrinskih rezonanci
Neutrini dolaze s različitim količinama energije: Dvije inače identične čestice ponašat će se vrlo različito ovisno o tome koliko energije nose.
Većina neutrina koje možemo otkriti dolazi iz našeg sunca i nekoliko super svijetlih izvora energije na Zemlji (poput nuklearnih reaktora), i relativno su malo energije. A neutrini niske energije lako prolaze kroz komade materije, bez da upadaju u ništa. Ali naš je planet bombardiran i mnogo neutrinovima više energije. A ove su vjerojatnije da će se udariti u druge čestice, poput traktorske prikolice koja vrište niz autocestu u prolaznom traku.
Još 2012. na internetu je na Antarktiku stigao detektor čestica koji je osmišljen za otkrivanje neutrina više energije. Ali detektor, nazvan IceCube, ne može ih izravno osjetiti. Umjesto toga, on traži posljedice visokoenergetskih neutrinskih sudara s molekulama vode u okolnom ledu - sudare koji stvaraju praske drugih vrsta čestica koje IceCube može otkriti. Ti su rafali obično neuredni, proizvode razne čestice. Ali ponekad su neobično čisti - rezultat procesa koji se zove rezonanca, rekao je koautor studije Bhupal Dev, fizičar sa Sveučilišta Washington u St. Louisu.
Kad se neutrino zalije u drugu česticu, konkretno elektron, ponekad će proći kroz proces poznat kao Glashowova rezonanca, Dev je za Live Science rekao da rezonanca dvije čestice zajedno gipka i pretvara ih u nešto novo: W bozon. Prvi put predložen 1959. godine, Glashowova rezonanca zahtijeva veoma velike energije, a jedan se primjer možda pojavio u IceCubeu 2018. godine, prema govoru iz 2018. na konferenciji o neutrinovima.
No, prema Devu i njegovim koautorima, možda postoje druge vrste rezonanca. Jedna od popularnijih teorija o tome kako neutrini dobivaju svoju masu poznata je pod nazivom "Zee model". I pod Zee modelom, postojala bi druga vrsta rezonancije kao što je Glashow, stvarajući još jednu novu česticu, poznatu kao "Zee prasak", napisali su istraživači u novoj studiji. A ta bi se rezonanca nalazila u IceCubeovoj mogućnosti otkrivanja.
Ako se otkrije Zee prasak, to bi dovelo do radikalne nadogradnje Standardnog modela, potpuno transformirajući način na koji fizičari gledaju neutrine, rekao je Dev.
Zeeov model prešao bi iz teorije u čvrstu znanost, a postojeći model neutrina bio bi izbačen.
No IceCube je osjetljiv samo na određene domete neutrinskih energija, a uvjeti koji bi proizveli Zee eksplozije nalaze se na vanjskim rubovima tog raspona. S obzirom na vrijeme, jedan će takav incident vjerojatno otkriti IceCube u nekom trenutku u sljedećih 30 godina.
Ali, srećom, dolaze ažuriranja IceCube-a, primijetili su istraživači. Nakon što se detektor nadogradi na znatno veći i osjetljiviji IceCube-Gen 2 (nije jasno kada će se to dogoditi), osjetljiviji uređaj trebao bi moći podići Zee rafal u roku od samo tri godine - ako Zee pukne zaista Tamo vani.
A ako Zee eksplozije ne bude vani, a Zee model nije u redu, misterija neutrinske mase samo će se produbiti.
