ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΕΤΑΙΡΙΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΦΥΣΙΚΗΣ  ΥΨΗΛΩΝ  ΕΝΕΡΓΕΙΩΝ 
ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΟΜΑΔΑ ΕΚΛΑΪΚΕΥΣΗΣ
OUTREACH GROUP


...πίσω στον κατάλογο των άρθρων

 

Η ΜΑΖΑ ΤΟΥ ΝΕΤΡΙΝΟ ΚΑΙ ΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ SUPERKAMIOKANDE

(από το Περιοδικό "CERN Courier" Vol 38(1998)6,  CERN Courier )
 
Τα νετρίνο, τα πλέον ανενεργά από τα υποατομικά σωματίδια, εθεωρείτο ότι παρουσιάζονται σε  τρεις πλήρως διακριτές μορφές (που αντιστοιχούν στη τριάδα των ασθενών αλλελεπιδρόντων σωματιδίων, δηλ. το ηλεκτρόνιο, το μιόνιο και το σωματίδιο ταυ) και ότι έχουν μηδενική μάζα. Αν τα καινούργια πειραματικά στοιχεία που έχουμε είναι σωστά, τα νετρίνο έχουν παρατηρήσιμη μάζα και οι τρεις μορφές τους δεν είναι πλήρως διακριτές (για μια πλήρη εικόνα των στοιχειωδών σωματιδίων δες τη διεύθυνση  Πίνακας Σωματιδίων

Παρ'όλο που τα νέα αυτά στοιχεία χαιρετίστηκαν από τον τύπο σαν μια νέα ανακάλυψη, δεν είναι παρά μια συνέχεια της ιστορίας που ξεκίνησε το 1967 όταν ο Ray Davis άρχισε να παρατηρεί τα νετρίνο που έρχονταν από τον ήλιο και γρήγορα ανακοίνωσε ότι καταμετρούσε λιγότερα  από ό,τι αναμενόταν. Εδώ και 12 χρόνια, και άλλα υπόγεια πειράματα για νετρίνο άρχισαν να αναφέρουν ότι στις παρατηρήσεις τους παρουσιάζονταν διαφόρων ειδών "ελλείψεις" στον αριθμό των νετρίνο. Είναι γεγονός ότι πολύ δύσκολα μπορούσαν να επιβεβαιωθούν αυτές οι παρατηρήσεις λόγω της τρομερής δυσκολίας να μετρήσεις αυτά τα φαινόμενα, αλλά από τότε, ο ψίθυρος για αυτήν την "έλλειψη" αυτή ήταν μια μόνιμη εποδός. 

Η τελευταία παρατήρηση προέρχεται από τον μεγάλο ανιχνευτή Superkamiokande, στημένο 1000 μέτρα κάτω από τη γή σ' ένα Ιαπωνικό μεταλλείο, όπου 50 000 τόννοι νερού περιμένουν να "κτυπηθούν" από φυσικά νετρίνο. Τον έλεγχο τον αναλαμβάνουν 13 000 φωτοανιχνευτές που ψάχνουν την ελάχιστη λάμψη που θα προέλθει από αυτήν την αλληλεπίδραση. Μερικά από τα νετρίνο προέρχονται από τη σύγκρουση των κοσμικών ακτίνων με τα μόρια της ατμόσφαιρας της Γης (παράγοντας επίσης σωματίδια Κ και π). Από τα νετρίνο αυτά περιμένουμε διπλάσια αριθμό νετρίνο μιονικού τύπου παρά νετρίνο ηλεκτρονικού τύπου. 

Στα 1980, μεγάλα υπόγεια πειράματα, που αρχικά σχεδιάστηκαν για την παρατήρηση της διάσπασης του πρωτονίου, άρχισαν να ψάχνουν για νετρίνο. Τα πειράματα Kamiokande (ο πρόγονος του Superkamiokande) καθώς και τα  IMB και Soudan πειράματα στις ΗΠΑ, παρατήρησαν αυτό που ονομάστηκε "ανωμαλία ατμοσφαιρικών νετρίνο", που με λίγα λόγια λέει ότι ο λόγος του παρατηρούμενου αριθμού των μιονικού τύπου προς ηλεκτρονικού τύπου νετρίνο είναι μικρότερος από τον αναμενόμενο αριθμό 2. 

Βέβαια αυτή η παρατήρηση θα μπορούσε να αποδοθεί σε φαινόμενα  υποβάθρου, αλλά τα νέα στοιχεία που παρουσίασε τον τελευταίο χρόνο το Superkamiokande αυξάνουν την πεποίθηση ότι το φαινόμενο αυτό οφείλεται σε νέα "φυσική" και όχι απλά στο υπόβαθρο. 

Στη διάρκεια πάνω από 540 ημερών, το Superkamiokande  μάζεψε κάπου 47 000 αλληλεπιδράεις νετρίνο. Ο μεγάλος ανιχνευτής επέτρεψε στους επιστήμονες τον καλύτερο εντοπισμό των μιονικών νετρίνο από ότι στο παρελθόν. Τα μιόνια, που προέρχονται από την αλληλεπίδραση των μιονικών νετρίνο διακρίνονται από τα ηλεκτρόνια από την ακτινοβολία Cerenkov που εκπέμπουν και που συλλαμβάνεται από τους φωτοπολλαπλασιαστές που περιβάλλουν το χώρο του πειράματος. 

Η "έλλειψη" των μιονικών νετρίνο είναι και πάλι παρούσα, και μάλιστα πιο έντονη για τα νετρίνο που φτάνουν στο πείραμα από κάτω, γι'αυτά δηλαδή που διαπερνούν ολόκληρη τη γή πριν φτάσουν και αλληλεπιδράσουν με το νερό της δεξαμενής του πειράματος. 

Με δεδομένο πλέον το φαινόμενο, η εξήγηση του εστιάζεται στις "ταλαντώσεις" του νετρίνο: ξεκινώντας τη ζωή του σαν μιονικού τύπου στη κορφή της ατμόσφαιρας, το νετρίνο αλλάζει σταδιακά τύπο. Τα νετρίνο που έρχονται από κάτω έχουν ταξιδέψει 13 000 χιλιόμετρα διασχίζοντας τη Γη και έχουν επομένως αυξημένη πιθανότητα να μετασχηματιστούν σε άλλου τύπου από ό,τι ξεκίνησαν. 

Με δεδομένη την ιδέα της "ταλάντωσης" του νετρίνο, πολλά πειράματα τα τελευταία χρόνια ψάχνουν αυτό το φαινόμενο. Τον περασμένο χρόνο, το διεθνές πείραμα Chooz (σ' ένα Γαλλικό πυρηνικό αντιδραστήρα) ανάφερε στα αποτελέσματά του ότι δεν παρατηρεί καμιά ταλάντωση μεταξύ του ηλεκτρονικού και μιονικού τύπου νετρίνο (με τις ίδιες παραμέτρους του Superkamiokande πειράματος). Επομένως, η παρατηρούμενη έλειψη μιονικών νετρίνο θα πρέπει να οφείλεται σε ταλάντωση μεταξύ του μιονικού και ενός άλλου τύπου νετρίνο, πιθανότατα του τύπου ταυ. Το όλο φαινόμενο εξαρτάται από τη  διαφορά των τετραγώνων των μαζών των δυο τύπων νετρίνο, και το πείραμα προβλέπει μια διαφορά μάζας της τάξης του 1/10 000 000 της μάζας του ηλεκτρονίου. 

Το όλο θέμα των νετρίνο ξανάδωσε "ζωή" στα "μακριά επιφανειακά" πειράματα, όπου μια δέσμη νετρίνο προερχόμενη από επιταχυντές σωματιδίων κατευθύνεται προς στόχους σε απόσταση εκατοντάδων χιλιομέτρων. Το Ιαπωνικό πείραμα Κ2Κ στο Superkamiokande θα χρησιμοποιήσει δέσμη νετρίνο από το ΚΕΚ εργαστήριο που βρίσκεται 250 χιλιόμετρα μακριά. Στις ΗΠΑ, το εργαστήριο Fermilab, θα στείλλει ακτίνα νετρίνο στο πείραμα Soudan, κάπου 730 χιλιόμετρα μακριά. Τέλος, στην Ευρώπη υπάρχει η δυνατότητα χρησιμοποίησης δέσμης νετρίνο από το  CERN  προς τον Ιταλικό ανιχνευτή στο Gran Sasso, 732 χιλιόμετρα μακριά. 

Η αυξανόμενη πεποίθηση για το παρατηρούμενο φαινόμενο βάζει σε αμφισβήτηση το Καθιερωμένο Πρότυπο περιγραφής των στοιχειωδών σωματιδίων, όπου τα νετρίνο παρουσιάζονται άμαζα. Είναι δυνατόν νετρίνο με μάζα να περιγραφούν από το Καθιερωμένο Πρότυπο ή έχουμε τις πρώτες ενδείξεις μιας "νέας φυσικής" πέραν αυτού; Οποιοδήποτε και αν είναι το αποτέλεσμα, αυτή τη στιγμή χρειαζόμαστε και άλλα πειραματικά δεδομένα. 




Πιο πολλές πληροφορίες για το νετρίνο μπορείς να βρεις στο άρθρο: "Η αβάστασχτη ελαφρότητα του νετρίνο".


Με τον όρο "υπόβαθρο" περιγράφουμε την πληθώρα των μη ενδιαφέροντων γεγονότων που δίνουν ίδιο σήμα με το συγκεκριμένο γεγονός που ψάχνουμε ή ακόμα και την αδυναμία των μετρητικών συσκευών, σε ορισμένες περιπτώσεις, να αναγνωρίσουν σαφώς το γεγονός.


Το "Καθιερωμένο Πρότυπο" είναι το (θεωρητικό) μοντέλο που περιγράφει τις ηλεκτρομαγνητικές, ασθενείς και ισχυρές αλληλεπιδράσεις. Ολα τα πειραματικά αποτελέσματα, έως πρόσφατα, συμφωνούν απόλυτα με τις προβλέψεις του. Βασικό στοιχείο του Καθιερωμένου Προτύπου είναι η ενοποιημένη αντιμετώπιση των ασθενών και ηλεκτρομαγνητικών αλληλεπιδράσεων (S. Glashow, S. Weinberg, A. Salam, Βραβείο Nobel Φυσικής) καθώς και η εισαγωγή του σωματιδίου Higgs, η ανακάλυψη του οποίου είναι ένας από τους βασικούς στόχους των άμεσα μελλοντικών πειραμάτων.



Μετάφραση: Ν.Δ. Τράκας, Αναπλ. Καθηγητής Τομέα Φυσικής Ε.Μ.Π.
email: ntrac@central.ntua.gr


...πίσω στον κατάλογο των άρθρων