NASLJEDNIK HIGGSA

Je li neutrino novi 'sveti gral' znanosti?

  • Autor: NJD
  • Zadnja izmjena 11.09.2012 20:08
  • Objavljeno 11.09.2012 u 20:08
Tportal

Tportal

Izvor: tportal.hr / Autor: Tportal

Nakon što je postojanje Higgsova bozona potvrđeno s popriličnom sigurnošću, znanstvenici se pitaju može li nas eterični neutrino odvesti do toliko tražene i neophodne nove fizike

Naime, otkriće Higgsa potvrdilo je standardni model fizike, ali on ne rješava misterije više drugih pojava. Među njima se posebno ističu tamna tvar – čudnovata, nevidljiva supstanca koja sačinjava oko 84 posto mase svemira; tamna energija koja uzrokuje ubrzavanje širenja svemira unatoč silama gravitacije; problem najlošije znanstvene procjene - znanstvenici smatraju da fizika čestica precjenjuje snagu tamne tvari, i to za nevjerojatan faktor od 10 na 120 potenciju i, konačno, standardni model ne uspijeva objasniti kako je materija preživjela veliki prasak ni kako se u cijelu sliku uklapa gravitacija.

Nestandardni, asocijalni i neuhvatljivi

Fizičari su očekivali da bi ih Higgs mogao odvesti do neke nove fizike koja bi riješila ove probleme. Međutim, budući da se otkrivena čestica zasad uglavnom ponaša u skladu s očekivanjima, postoji mogućnost da bi tajna nekog novog modela mogla biti u neutrinima.

Ove misteriozne čestice gotovo uopće ne ulaze u interakcije s okolnim svijetom materije. Dobar dio onoga što se zna o neutrinima odskače od standardnog modela – primjerice, on je krivo procijenio da neutrini nemaju masu, a ni danas, kada se zna da je imaju, ne uspijeva predvidjeti kolika bi ona mogla biti. Osim toga, on nije uspio predvidjeti da bi neutrini mogli mijenjati oblike iz jedne vrste u drugu niti da bi ih moglo biti više od tri tipa.

Unatoč svojoj problematičnoj prirodi, neutrini već desetljećima rješavaju probleme u fizici čestica. Prije svega fizičar Wolfgang Pauli ih je predvidio 1930. upravo kako bi riješio problem očuvanja energije i momenta u radioaktivnim beta raspadima, a oni su nedavno također dobili važnu ulogu u pokušajima da se razjasni dominacija materije nad antimaterijom u svemiru.

Milijun puta lakši od najlakših

Prvi problemi u opisima neutrina u standardnom modelu pojavili su se prije 15 godina kada je japanski eksperiment pokazao da, protivno teoriji, oni imaju masu. 'Masa neutrina pokazuje nam da standardni model treba proširiti, ali ne otkriva nam kako', rekao je teorijski fizičar Lawrence Krauss s Arizona State Universityja.

Neke velike ujedinjene teorije, koje nastoje objediniti sve prirodne sile osim gravitacije, predviđaju neutrine s masom, no nijedna ne uspijeva predvidjeti kolika bi ona trebala biti. Izmjeriti masu nevidljive čestice koja neometano može proći kroz gomilu olova debljine jedne svjetlosne godine baš i nije lak posao. Potrebno je puno strpljivog i upornog promatranja na golemim detektorima da se otkrije samo jedna jedina interakcija neutrina. Njegova je masa toliko malena da do sada nisu izgrađeni instrumenti koji bi bili dovoljno precizni da je izravno izmjere. Na temelju kombinacije različitih kozmoloških opažanja znanstvenici procjenjuju da bi zbroj mase triju neutrina koji se miješaju i transformiraju poput voćne salate mogao biti negdje do 0,3 elektron volti (eV), što je više od milijun puta manje od mase sljedeće najlakše čestice elektrona. Neke preciznije procjene mogle bi se dobiti na temelju studija koje se provode na svemirskoj promatračnici Planck te na Tehnološkom institutu u Karlsruheu u Njemačkoj.

Budući da se neutrini neprekidno transformiraju iz jedne vrste u drugu, njihovu je pojedinačnu masu još teže odrediti. No procjenjuje da bi ona mogla biti negdje oko 0,05 eV. Činjenica da su toliko fascinantno lagani u usporedbi sa svime ostalim zbunjuje znanstvenike. Franck Close sa Sveučilišta Oxford kaže da se čini kao da bi neutrini htjeli biti ništa, ali im nije dopušteno.

Odgovor kriju još misteriozniji 'sterilni neutrini'?

Neke teorije predviđaju čak da bi uz tri neutrina koji osjećaju slabu nuklearnu silu mogli postojati i tzv. sterilni neutrini koji osjećaju samo najslabiju silu prirode gravitaciju, što znači da uopće ne ulaze u interakcije s običnom materijom. Oni posebno fasciniraju fizičare jer bi mogli predstavljati određenu odstupnicu od standardnog modela, otkriti misterij tamne tvari i odgovoriti na pitanje zašto uopće postoji tvar. Naime, oni bi mogli sudjelovati u eventualnim silama izvan standardnog modela koje dosad još nismo ni otkrili.

Osim što tragaju za sterilnim neutrinima, znanstvenici također nastoje otkriti razliku između neutrina i antineutrina koja bi mogla odgovoriti na jedno od najfundamentalnijih pitanja - zašto našim svemirom dominira materija i time zašto smo nastali mi ljudi koji to možemo registrirati. Znanstvenici su u eksperimentima već otkrili da postoje razlike u brzini reakcija čestica i antičestica, međutim, ova neravnoteža nije dovoljna da bi objasnila zašto je sva antimaterija stvorena u velikom prasku nestala. Prema ideji tzv. leptogeneze u prvim mikrosekundama nakon velikog praska mladi, vrući svemir sadržavao je ekstremno teške, nestabilne sterilne neutrine koji su se uskoro raspali – neki u leptone, a ostatak u njihove antičestice, ali nejednakom brzinom. Ova je neravnoteža trebala biti malena – jedan na milijardu. No ipak je morala biti tolika da je, nakon što je materija izbrisala svu antimateriju, još uvijek ostalo dovoljno leptona da se konačno pretvore u neutrone i protone od kojih su izgrađeni planeti, zvijezde i galaksije.

Skupi, ali vrijedni eksperimenti budućnosti

U svakom slučaju, znanstvenici do danas još nisu uspjeli razriješiti mnoga neobična svojstva neutrina. Za neke jasnije odgovore trebat će malo strpljenja jer su nam neophodni brojniji i kvalitetniji eksperimenti. Jedan od njih trebao bi biti tzv. Long Baseline Neutrino Experiment u američkom Fermilabu koji planira poslati intenzivnu zraku neutrina stotinama kilometara kroz Zemlju do velikog detektora koji bi težio na tisuće tona. Drugi bi trebao biti tzv. UK-to-Japan Neutrino Factory koji bi poslao zraku neutrina s jedne strane Zemlje na drugu. No za oba eksperimenta trebat će desetljeća, a stajat će mnogo milijardi dolara. Teorijski fizičari slažu se da će ovi uređaji biti vrijedni i novaca i truda jer će omogućiti potpuno nova otkrića i razvoj znanosti u nekom novom smjeru.

Pregled tjedna bez spama i reklama

Prijavi se na naš newsletter i u svoj inbox primaj tjedni pregled najvažnijih vijesti!

Napiši ovdje što ti misliš o ovoj temi