قد يكون الشذوذ “المثير للغاية” الذي تم اكتشافه في تجربة كبرى بمثابة أخبار ضخمة للفيزياء

فجوة غريبة بين التوقعات النظرية والنتائج التجريبية في أ مشروع بحثي رئيسي عن النيوترينو يمكن أن يكون علامة على نيوترينو “عقيم” بعيد المنال – جسيم هادئ للغاية ، لا يمكن اكتشافه إلا بالصمت الذي يتركه في أعقابه.

ليست هذه هي المرة الأولى التي نشهد فيها الشذوذ ، إضافة إلى البيانات التجريبية السابقة التي تشير إلى شيء غريب في عالم أبحاث النيوترينو. هذه المرة ، تم اكتشافه في تجربة Baksan على التحولات المعقمة (BEST).

يمكن للأدلة الواضحة على النيوترينو المعقم الافتراضي أن تزود الفيزيائيين بمرشح قوي لإمداد الكون الغامض بـ المادة المظلمة. من ناحية أخرى ، يمكن أن يؤدي ذلك ببساطة إلى مشكلة في النماذج المستخدمة لوصف السلوكيات الغريبة للمدرسة القديمة النيوترينوات.

وهو ما سيشكل أيضًا لحظة مهمة في تاريخ الفيزياء.

“النتائج مثيرة للغاية ،” يقول فيزيائي مختبر لوس ألاموس الوطني ستيف إليوت.

“هذا بالتأكيد يعيد التأكيد على الشذوذ الذي رأيناه في التجارب السابقة. لكن ما يعنيه هذا ليس واضحًا. توجد الآن نتائج متضاربة حول النيوترينوات العقيمة. إذا أشارت النتائج إلى إساءة فهم الفيزياء النووية أو الذرية الأساسية ، فسيكون ذلك ممتعًا للغاية ، أيضًا . “

على الرغم من تصنيفها بين أكثر الجسيمات وفرة في الكون ، فمن المعروف أن النيوترينوات يصعب التقاطها. عندما يكون لديك بالكاد كتلة ، ولا شحنة كهربائية ، وتجعل وجودك معروفًا فقط من خلال القوة النووية الضعيفة ، فمن السهل أن تتسلل عبر أكثر المواد كثافة دون عوائق.

إن الحركة الشبيهة بالأشباح للنيوترينو ليست فقط جودتها المثيرة للاهتمام. تتحول الموجة الكمومية لكل جسيم أثناء انطلاقه ، وتتأرجح بين “النكهات” المميزة التي تعكس صدى الجسيمات سالبة الشحنة – الإلكترون ، والميون ، والتاو.

دراسات حول تذبذبات النيوترينوات في مختبر الولايات المتحدة لوس ألاموس الوطني في التسعينيات لاحظت وجود فجوات في توقيت هذا التقليب الذي ترك مجالًا لنكهة رابعة ، واحدة لن تحدث مثل تموج في المجال النووي الضعيف.

مخفية في صمت ، لن تكون النكهة المعقمة للنيوترينو واضحة إلا من خلال وقفة وجيزة في تفاعلاتها.

BEST محمي من مصادر النيوترينو الكونية تحت ميل من الصخور في جبال القوقاز الروسية. إنه يتميز بخزان مزدوج الغرفة من الغاليوم السائل الذي يجمع بصبر النيوترينوات المنبعثة من قلب الكروم المشع.

بعد قياس كمية الغاليوم التي تحولت إلى نظير الجرمانيوم في كل خزان ، يمكن للباحثين العمل بشكل عكسي لتحديد عدد الاصطدامات المباشرة مع النيوترينوات أثناء تأرجحها من خلال نكهة الإلكترون.

على غرار “ شذوذ الغاليوم ” الخاص بتجربة لوس ألاموس ، قام الباحثون بحساب أقل من خمس إلى ربع من الجرمانيوم عما كان متوقعًا ، مما يشير إلى وجود عجز في العدد المتوقع من نيوترينوات الإلكترون.

هذا لا يعني على وجه اليقين أن النيوترينوات قد تبنت لفترة وجيزة نكهة معقمة. تأتي العديد من عمليات البحث الأخرى عن الجسيمات الصغيرة الباهتة فارغة الأيدي ، تاركة المجال مفتوحًا لاحتمال أن النماذج المستخدمة للتنبؤ بالتحولات مضللة إلى حد ما.

هذا ليس شيئًا سيئًا في حد ذاته. يمكن أن يكون للتصحيحات في الإطار الأساسي للفيزياء النووية تداعيات كبيرة ، من المحتمل أن تكشف عن فجوات في النموذج القياسي مما قد يؤدي إلى تفسيرات لبعض ألغاز العلم الكبيرة المتبقية.

إذا كانت هذه بالفعل علامة على النيوترينو العقيم ، فقد يكون لدينا أخيرًا دليل على وجود مادة بكميات هائلة ، ومع ذلك فإنها تشكل فقط قماشة ثقالية في نسيج الفضاء.

سواء كان هذا هو مجموع المادة المظلمة أو مجرد قطعة من اللغز الخاص بها ، فإن ذلك سيعتمد على مزيد من التجارب على أكثر جسيمات الأشباح الأشباح.

تم نشر هذا البحث في رسائل مراجعة الفيزياء و مراجعة البدنية ج.