Η ανωμαλία στις μετρήσεις του πυρηνικού αντιδραστήρα δεν οφείλεται σε νέο σωματίδιο

Τα νετρίνα είναι ίσως τα πιο περίεργα σωματίδια που γνωρίζουμε. Είναι πολύ, πολύ πιο ελαφρύ από οποιοδήποτε άλλο σωματίδιο μάζας και αλληλεπιδρά με άλλη ύλη μόνο μέσω της ασθενούς δύναμης – που σημαίνει ότι σχεδόν δεν αλληλεπιδρά με τίποτα. Τρεις τύποι (ή γεύσεις) νετρίνων έχουν αναγνωριστεί και οποιοδήποτε μεμονωμένο σωματίδιο δεν έχει σταθερή ταυτότητα. Εναλλακτικά, μπορεί να θεωρηθεί ως μια ποσοτική υπέρθεση και των τριών γεύσεων και θα ταλαντεύεται μεταξύ αυτών των ταυτοτήτων.

Σαν να μην έφταναν όλα αυτά, μια σειρά από παράξενες μετρήσεις υποδηλώνουν ότι θα μπορούσε να υπάρχει ένας τέταρτος τύπος νετρίνου που δεν αλληλεπιδρά ακόμη και μέσω της ασθενούς δύναμης, καθιστώντας αδύνατο τον εντοπισμό. Αυτά τα «στείρα νετρίνα» θα μπορούσαν να εξηγήσουν τις μικρές μάζες άλλων νετρίνων, καθώς και την παρουσία της σκοτεινής ύλης, αλλά όλα όσα είναι «αδύνατο να ανιχνευθούν» καθιστούν δύσκολη την άμεση αντιμετώπιση της παρουσίας τους.

Οι ισχυρότερες νύξεις της ύπαρξής τους προέρχονται από περίεργα αποτελέσματα μετρήσεων σε πειράματα με άλλες γεύσεις νετρίνων. Αλλά μια νέα μελέτη σήμερα αποκλείει τα στείρα νετρίνα ως εξήγηση για μια τέτοια ανωμαλία – ακόμη και διαβεβαιώνοντας ότι οι ανωμαλίες είναι πραγματικές.

Μη ανιχνεύσιμη ανακάλυψη

Μπορούμε να ανιχνεύσουμε την παρουσία σωματιδίων με δύο τρόπους: είτε αλληλεπιδρούν απευθείας με μια άλλη ουσία είτε διασπώνται σε ένα ή περισσότερα σωματίδια. Αυτό είναι που κάνει τα στείρα νετρίνα μη ανιχνεύσιμα. Είναι θεμελιώδη σωματίδια και δεν πρέπει να αποσυντίθενται σε τίποτα. Επίσης, αλληλεπιδρούν με άλλη ύλη μόνο μέσω της βαρύτητας, και οι χαμηλές μάζες τους καθιστούν αδύνατη την ανίχνευση από αυτή τη διαδρομή.

Αντίθετα, μπορούμε να τα ανιχνεύσουμε μέσω ταλαντώσεων νετρίνων. Θα μπορούσατε να οργανώσετε ένα πείραμα που παράγει έναν συγκεκριμένο τύπο νετρίνων με γνωστό ρυθμό και στη συνέχεια να προσπαθήσετε να ανιχνεύσετε αυτά τα νετρίνα. Εάν υπήρχαν αποστειρωμένα νετρίνα, μερικά από τα νετρίνα που παρήγαγαν θα ταλαντεύονταν σε αυτή την ταυτότητα, και έτσι δεν θα ανιχνεύονταν. Έτσι καταλήγετε να μετράτε λιγότερα νετρίνα από όσα θα περίμενε κανείς.

Αυτό ακριβώς συνέβαινε στους πυρηνικούς αντιδραστήρες. Ένα από τα προϊόντα της ραδιενεργής αποσύνθεσης (η οποία οδηγείται από την ασθενή δύναμη) είναι τα νετρίνα, επομένως οι πυρηνικοί αντιδραστήρες παράγουν άφθονες ποσότητες από αυτά τα σωματίδια. Ωστόσο, οι μετρήσεις με χρήση ανιχνευτών που τοποθετήθηκαν κοντά έδωσαν περίπου 6 τοις εκατό λιγότερα νετρίνα από το αναμενόμενο. Η ταχεία ταλάντωση στα στείρα νετρίνα θα μπορούσε να εξηγήσει αυτή την ασυμφωνία.

Αλλά αυτές οι εμπειρίες είναι πραγματικά δύσκολες. Τα νετρίνα σπάνια αλληλεπιδρούν με ανιχνευτές, έτσι ώστε μόνο ένα κλάσμα αυτών που παράγονται να καταγράφονται. Και οι πυρηνικοί αντιδραστήρες είναι απίστευτα πολύπλοκα περιβάλλοντα. Ακόμα κι αν ξεκινήσετε με ένα καθαρό δείγμα ενός μόνο ραδιενεργού ισοτόπου, η αποσύνθεση μετατρέπει γρήγορα τα πράγματα σε ένα πολύπλοκο συνονθύλευμα νέων στοιχείων, μερικά ραδιενεργά και άλλα όχι. Τα εκπεμπόμενα νετρόνια μπορούν επίσης να μετατρέψουν τον εξοπλισμό του αντιδραστήρα σε νέα ισότοπα που μπορεί να είναι ραδιενεργά. Επομένως, είναι δύσκολο να γνωρίζουμε ακριβώς πόσα νετρίνα παράγετε αρχικά και το ακριβές κλάσμα των νετρίνων που παράγετε και θα καταγραφεί από τον ανιχνευτή σας.

Για όλους αυτούς τους λόγους, είναι δύσκολο να είμαστε σίγουροι ότι τυχόν ανωμαλίες στις μετρήσεις νετρίνων είναι πραγματικές. Οι φυσικοί τείνουν να παίρνουν στάση αναμονής απέναντι σε ενδείξεις ότι κάτι περίεργο συμβαίνει.