Nötrino kütlelerini nereden alır? Parçacık fiziğinin Standart Modelinde en şaşırtıcı olanlardan biri bu bir gizem. Fakat bir fizikçi ekibi bunu nasıl çözeceklerini bildiklerini düşünüyor.
Sorun şu: Nötrinolar tuhaf. Ultra hafif parçacıklar, çoğu o kadar düşük enerjili ve dayanıksızdır ki, durmadan tüm gezegenimizden geçerler. On yıllar boyunca, bilim adamları hiç kütleleri olmadığını düşündüler. Parçacık fiziğini tanımlayan Standart Modelin orijinal versiyonunda, nötrino tamamen ağırlıksızdı. Yaklaşık yirmi yıl önce bu değişti. Fizikçiler artık nötrinoların küçük miktarlarda da olsa kütleye sahip olduklarını biliyorlar. Ve bu kütlenin neden tam olarak olduğundan emin değiller.
Yine de gizemi çözebiliriz, Fiziksel İnceleme Mektupları dergisinde 31 Ocak'ta yayınlanan yeni bir bildiri tartışıyor. Yeterli zaman ve veri verildiğinde, halihazırda tespit edebileceğimiz en yüksek enerjili nötrinolar, kütlelerinin sırlarını açmaya yardımcı olmalıdır.
Nötrino rezonanslarını tespit etme
Nötrinolar farklı miktarlarda enerjiyle gelir: Aksi takdirde iki özdeş parçacık, ne kadar enerji taşıdıklarına bağlı olarak çok farklı davranır.
Tespit edebildiğimiz nötrinoların çoğu güneşimizden ve dünyadaki bir dizi süper parlak enerji kaynağından (nükleer reaktörler gibi) gelir ve nispeten düşük enerjidir. Ve düşük enerjili nötrinolar, herhangi bir şeye çarpmadan, madde parçalarından kolayca kayar. Ancak gezegenimiz de çok daha yüksek enerjili nötrinolar tarafından bombalanıyor. Ve bunların, geçiş şeridindeki otoyolda çığlık atan bir traktör römorku gibi diğer parçacıklara çarpması çok daha muhtemeldir.
2012 yılında, Antarktika'da bu yüksek enerjili nötrinoları tespit etmek için tasarlanmış bir parçacık dedektörü çevrimiçi oldu. Ancak IceCube adlı dedektör onları doğrudan algılayamıyor. Bunun yerine, çevredeki buzdaki su molekülleri ile yüksek enerjili nötrino çarpışmalarının ardından IceCube'un algılayabileceği diğer parçacık patlamaları üreten çarpışmalar arar. Genellikle bu patlamalar dağınıktır ve çeşitli parçacıklar üretir. Ancak bazen alışılmadık derecede temizler - rezonans denilen bir sürecin sonucu, çalışma yazarı St. Louis'deki Washington Üniversitesi'nden bir fizikçi olan Bhupal Dev.
Bir nötrino başka bir parçacığa, özellikle bir elektrona çarptığında, bazen Glashow rezonansı olarak bilinen bir süreçten geçecektir, Dev, Canlı Bilim'e, rezonansın iki parçacığı bir araya getirip yeni bir şeye dönüştürdüğünü söyledi: W bozonu. İlk olarak 1959'da önerilen Glashow rezonansı çok yüksek enerjiler gerektirir ve bir nötrinos konferansındaki 2018 konuşmasına göre 2018'de IceCube'de tek bir örnek ortaya çıkmış olabilir.
Ancak Dev ve yazarlarına göre, başka rezonans türleri de olabilir. Nötrinoların kütlelerini nasıl aldıklarına dair daha popüler teorilerden biri "Zee modeli" olarak bilinir. Ve Zee modeli altında, araştırmacılar yeni çalışmada yazdığı "Zee patlaması" olarak bilinen yeni bir parçacık üreten Glashow gibi başka bir rezonans türü olacaktı. Ve bu rezonans IceCube'un algılama yeteneği dahilinde olacaktır.
Bir Zee patlaması tespit edilirse, fizikçilerin nötrinoları nasıl gördüğünü tamamen değiştirerek Standart Modelin radikal bir güncellemesine yol açacağını söyledi.
Zee modeli bir teoriden firma bilimine geçecekti ve mevcut nötrino modeli atılacaktı.
Ancak IceCube sadece belirli nötrino enerjilerine karşı hassastır ve Zee patlamaları oluşturacak koşullar o aralığın dış kenarlarındadır. Verilen zaman, böyle bir olayın önümüzdeki 30 yıl içinde bir noktada IceCube tarafından tespit edilmesi muhtemeldir.
Ancak neyse ki, IceCube güncellemeleri geliyor, dedi. Dedektör çok daha büyük ve daha hassas IceCube-Gen 2'ye yükseltildikten sonra (bunun ne zaman olacağı net değil), daha hassas cihaz sadece üç yıl içinde bir Zee patlaması alabilmelidir - Zee patlamaları gerçekten dışarıda.
Ve eğer Zee patlamaları orada değilse ve Zee modeli yanlışsa, nötrino kütlesinin gizemi sadece derinleşir.
