Anomalia doprowadziła do wykrycia nowej cząstki. Wielkie doniesienia ze świata fizyki

Odkrycie każdej nowej cząstki elementarnej stanowi ogromny krok na drodze do zrozumienia otaczającego nas świata. Możliwe, że właśnie kolejny taki krok postawili naukowcy pracujący nad eksperymentem BEST (Baksan Experiment on Sterile Transitions). Wszystko bowiem wskazuje na to, że udało im się właśnie znaleźć dowody na istnienie cząstki, która oddziałuje wyłącznie poprzez grawitację.
Anomalia doprowadziła do wykrycia nowej cząstki. Wielkie doniesienia ze świata fizyki

Cały eksperyment oraz uzyskane w jego ramach wyniki zostały opisane w artykule naukowym opublikowanym na łamach periodyku Physical Review Letters. Autorzy pracy opisują w nim dowody na istnienie dotychczas hipotetycznej cząstki, tzw. neutrina sterylnego. Według teorii, jeżeli tego typu cząstki faktycznie istnieją, to oddziałują ze sobą wyłącznie za pośrednictwem grawitacji, ignorując przy tym wszystkie inne oddziaływania podstawowe opisane przez Model Standardowy.

Mówiąc inaczej, neutrina sterylne miałyby ignorować zarówno oddziaływanie słabe, silne, jak i elektromagnetyczne. Warto tutaj zwrócić uwagę na fakt, że na istnienie neutrin sterylnych wskazywały już anomalie występujące jeszcze w eksperymentach realizowanych wcześniej, w których przedmiotem badań były słoneczne źródła neutrin.

Czytaj także: Naukowcy szukali neutrina sterylnego. Zamiast niego znaleźli ślady nieznanych praw fizyki

Sam eksperyment BEST, jak przystało na prawdziwe obserwatorium neutrin, realizowany jest w obserwatorium umieszczonym kilometr pod powierzchnią Ziemi. Mowa tutaj o Obserwatorium Neutrin Baksan, które znajduje się na Kaukazie. Znajduje się tam gigantyczny zbiornik ciekłego galu utrzymywanego w temperaturze pokojowej. Ów zbiornik w ramach eksperymentu został napromieniowany neutrinami emitowanymi w procesie rozpadu radioaktywnego chromu. W wyniku reakcji zachodzącej w objętości galu dochodzi do powstania izotopu germanu-71. Szczegółowa analiza takich reakcji pozwoliła naukowcom na dokładne zbadanie zachodzących tam procesów.

Ku zdumieniu naukowców okazało się, że germanu powstaje w galu znacznie mniej, niż się spodziewano. Nie mógł to być przypadek, ponieważ podobną anomalię zarejestrowano wcześniej w innych eksperymentach realizowanych z wykorzystaniem galu. Tym razem jednak naukowcy musieli ustalić, co jest źródłem tych nieścisłości. 

Czytaj także: Chiny biorą się za neutrina. Powstaje gigantyczny detektor

W swoim artykule naukowym badacze wskazują, że wydajność germanu-71 jest 20-24 proc. niższa od spodziewanej. Można tutaj spytać o to, skąd naukowcy wywiedli swoje oczekiwania przed przeprowadzeniem eksperymentu. Wszystkie prognozy bazowały na intensywności źródła neutrin oraz aktualnej wiedzy o pochłanianiu tych cząstek. Wyniki eksperymentu wyglądały zatem na błąd, ale jednocześnie były zgodne z wcześniej rejestrowanymi anomaliami.

Zbiornik galu, podzielony na wewnętrzną i zewnętrzną część, miał posłużyć do zlokalizowania wskaźnika oscylacji neutrin, za sprawą której na przykład neutrino elektronowe zmienia się w mionowe. Nie udało się jednak zaobserwować oznak takiej oscylacji, co oznacza, iż źródło opisywanej anomalii pozostało niezidentyfikowane. Nie wiadomo więc, skąd się wzięły tak dziwne wyniki pomiarów, a członkowie zespołu biorą pod uwagę między innymi udział nieznanych jeszcze procesów fizycznych czy wpływ niepożądanych czynników na przebieg eksperymentu.