Tajemnicza cząstka, która miała zmienić wszystko
Model standardowy, nasza najlepsza mapa świata cząstek, opisuje trzy znane nam rodzaje neutrin. Te fantastycznie nieuchwytne cząstki potrafią przelatywać przez całe planety, niemal nie wchodząc w interakcję z materią. Co więcej, jak wiadomo z wcześniejszych badań, potrafią one zmieniać swój typ w locie. Problem zaczął się, gdy detektory LSND i MiniBooNE zarejestrowały sygnały, które nie pasowały do żadnych przewidywań. Wtedy narodziła się hipoteza czwartego, „sterylnego” neutrina. Miało ono oddziaływać wyłącznie grawitacyjnie, być może stanowiąc klucz do zagadek takich jak ciemna materia.
Czytaj też: W laboratorium powstała lodowa plazma. Będzie kluczem do rozwikłania odwiecznej zagadki
Kluczem do sukcesu eksperymentu MicroBooNE w Fermilab okazała się niezwykła precyzja i sprytna strategia. Sercem układu był ogromny detektor wypełniony 85 tonami ciekłego argonu. Naukowcy przeanalizowali dane z dwóch całkowicie różnych wiązek neutrin. Pierwsza, zwana BNB, zawierała znikomy ułamek neutrin elektronowych. Druga, NuMI, miała ich niemal dziesięć razy więcej. Ta różnica pozwoliła rozwiązać problem wieloznaczności, który trapił wcześniejsze pomiary. Prace nad analizą trwały dekadę i wymagały ogromnego wysiłku. Andrew Mastbaum z Uniwersytetu Rutgersa, który kierował programem analitycznym, podkreślał, jak kluczowe było opanowanie wszelkich niepewności pomiarowych.
Uzyskanie tych niepewności w sposób prawidłowy jest kluczowe, ponieważ pozwala naukowcom na składanie mocnych, wiarygodnych stwierdzeń na temat tego, co naprawdę pokazują dane – wyjaśnia
Po latach skrupulatnej pracy i weryfikacji danych zespół nie znalazł żadnych śladów, które wskazywałyby na istnienie poszukiwanej cząstki.
Gdzie teraz szukać nowej fizyki?
Wykluczenie sterylnego neutrina to oczywiście rozczarowanie, lecz w nauce każde zamknięte drzwi kierują uwagę na inne, wciąż otwarte. Model standardowy nadal nie wyjaśnia największych tajemnic kosmosu. Jak zauważa Andrew Mastbaum, eliminacja „głównego podejrzanego” wcale nie rozwiązuje całej zagadki. Pozostają teorie obejmujące wiele lżejszych cząstek sterylnych, niestandardowe rozpady lub całe nowe sektory cząstek związane z ciemną materią.
Techniki opracowane w MicroBooNE, zwłaszcza niezwykle czuła detekcja w ciekłym argonie, są już wykorzystywane w kolejnych, większych eksperymentach. Programy takie jak DUNE czy SBN w Fermilab będą ich używać, by zadawać jeszcze bardziej fundamentalne pytania o naturę materii i antymaterii. Wynik z MicroBooNE jest najsilniejszym jak dotąd ograniczeniem z eksperymentów tego typu i stanowi wyraźny drogowskaz: dalsze poszukiwania muszą pójść w innym, być może jeszcze bardziej zaskakującym kierunku.