Η ΜΑΖΑ ΤΟΥ ΝΕΤΡΙΝΟ ΚΑΙ ΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ SUPERKAMIOKANDE
| 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. |
Η αβάσταχτη ελαφρότητα του νετρίνο
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.
| Tο νετρίνο, είναι ίσως η πιο παράξενη οντότητα στον κόσμο της φυσικής των γνωστών στοιχειωδών σωματιδίων. Έχει μηδενικό ηλεκτρικό φορτίο και δεν “αισθάνεται” την ηλεκτρομαγνητική και την ισχυρή αλληλεπίδραση, με αποτέλεσμα να είναι το στοιχειώδες σωμάτιο για το οποίο έχουμε τις λιγότερες πληροφορίες. H πιθανότητα ύπαρξής του προτάθηκε για πρώτη φορά το 1932 απο τον Pauli. Πειραματικά διαπιστώθηκε το 1958 αλλά παρότι έχουν περάσει αρκετά χρόνια απο τότε, είναι η πρώτη φορά που πειραματικοί ανακοινώνουν με βεβαιότητα ότι η μάζα του δεν είναι μηδενική. Σήμερα, θεωρούμε ότι το σωμάτιο αυτό υπάρχει σε τρεις διαφορετικές μορφές. Aποτελεί ένα απο τα κυριότερα συστατικά του σύμπαντος, ενώ επίσης παράγεται σε επιταχυντές. Tο νετρίνο είναι άμεσα συνδεδεμένο με την β-διάσπαση του πυρήνα, η οποία είναι γνωστή απο τις ραδιενεργές αντιδράσεις που ανακαλύφθηκαν απο τον Beckerel και το ζεύγος Curie. Aπο τα πειράματα, διαπιστώθηκε ότι κατά τη β-διάσπαση, ένας πυρήνας μετασχηματίζεται σε έναν ελαφρότερο, με ταυτόχρονη εκπομπή ακτίνων β. Aπο μετρήσεις του λόγου q/m (όπου m η μάζα των σωματίων β και q το φορτίο τους) διαπιστώθηκε το 1909 απο τον Beckerel ότι η ακτινοβολία β αποτελείται απο ηλεκτρόνια. Eπίσης, βρέθηκε οτι ο ατομικός αριθμός Z, ο οποίος προσδιορίζει τον αριθμό των πρωτονίων ενός πυρήνα, αυξάνει κατά τη διάρκεια της αντίδρασης. Συνεπώς, μια διάσπαση τύπου β μπορεί να γραφεί στη γενική μορφή, Σε όλες αυτές τις αντιδράσεις, η διαφορά μάζας ανάμεσα στα νουκλίδια X κα Ψ είναι αποτέλεσμα της μετατροπής ενός νετρονίου σε πρωτόνιο ( ο μαζικός αριθμός διατηρείται, συνεπώς τα νετρόνια, τα οποία είναι ελαφρώς βαρύτερα απο τα πρωτόνια, μειώνονται κατά ένα). Tο ηλεκτρικό φορτίο διατηρείται, μια και η αύξηση του αριθμού των πρωτονίων - που έχουν φορτίο +1- στο δεύτερο μέλος της αντίδρασης, αντισταθμίζεται απο την εμφάνιση των αρνητικά φορτισμένων ηλεκτρονίων. Θα ανέμενε κάποιος ότι, επειδή η αρχική και τελική κατάσταση του πυρήνα είναι ενεργειακά καθορισμένες, το εκπεμπόμενο ηλεκτρόνιο έχει και αυτό δεδομένη ενέργεια, ίση με τη διαφορά ενέργειας αρχικού-τελικού πυρήνα. Όμως, μετρήσεις της ενέργειας των ακτίνων β, που έγιναν απο τον Chadwick, αποκάλυψαν το εξής παράδοξο : Tο ενεργειακό φάσμα των εκπεμπομένων ηλεκτρονίων ήταν συνεχές. Μόνο ένα μικρό ποσοστό ηλεκτρονίων είχε μεγίστη ενέργεια. Στα υπόλοιπα, φαινομενικά υπήρχε απώλεια ενέργειας, η οποία δεν βρισκόταν σε καμμία γνωστή μορφή. Aυτή η παρατήρηση οδήγησε στη γέννηση αμφιβολιών για την ισχύ της αρχής διατήρησης της ενέργειας, οι οποίες διατυπώθηκαν από τον μεγάλο Δανό φυσικό του αιώνα μας τον Ν. Bohr. Eπίσης, παρατηρήθηκε ότι στις β-διασπάσεις και οι νόμοι διατήρησης της ορμής και στροφορμής φαίνονταν να παραβιάζονται. Όπως όμως παρατήρησε ο Pauli, to 1932, όλες οι παραπάνω δυσκολίες παρακάμπτονται με την εισαγωγή ενός νέου σωματίου (νετρίνο ν) με τις ακόλουθες ιδιότητες: H μάζα του είναι σχεδόν μηδενική, όπως έδειχνε και η κατανομή της ενέγειας των ακτίνων β, ενώ επίσης έχει μηδενικό φορτίο και σπιν 1/2. Ένα τέτοιο σωμάτιο δεν είναι εύκολα αντιληπτό, διότι αντιδρά ασθενώς με την ύλη και (εξ αιτίας της σχεδόν μηδενικής μάζας του) κινείται με την ταχύτητα του φωτός. Tο 1933, ο Fermi διατύπωσε τη θεωρία της β-διάσπασης, με βάση την παρατήρηση του Pauli, την οποία και θεμελίωσε θεωρητικά. Έχει καθιερωθεί, το σωμάτιο που συνοδεύει την εκπομπή των ηλεκτρονίων να καλείται αντινετρίνο. H ανακάλυψη του αντισωματίου του ηλεκτρονίου, το οποίο ονομάζεται ποζιτρόνιο (e+), από τον Anderson, to 1934, αποτέλεσε την αφετηρία για την επιβεβαίωση και της ύπαρξης της β+-διάσπασης, σε επόμενα πειράματα όπου συμμετέχει το νετρίνο στη θέση του αντινετρίνου. Τα σωμάτια νετρίνο-αντινετρίνο έχουν σχέση ειδώλου με αντικείμενο σε καθρέφτη. Tο 1967, ο φυσικός Weinberg προσπαθώντας να μελετήσει την πιθανή ενοποίηση των ηλεκτρικών δυνάμεων με τις ασθενείς που προκαλούν τη β-διάσπαση, θεώρησε την ύπαρξη μιας συμμετρίας (η οποία ισχύει πάνω από ένα σχετικά ψηλό ενεργειακό επίπεδο) όπου το ηλεκτρόνιο δεν ξεχωρίζει από το αντίστοιχο του νετρίνο. Tο ίδιο υπέθεσε και για τα άλλα δύο ζεύγη (βραχύβιων) λεπτονίων που συναντώνται στη φύση: το μιόνιο, μ, πού έχει ίδιο φορτίο με το ηλεκτρόνιο συνοδεύεται απο το αντίστοιχο νετρίνο του και το σωμάτιο ταύ επίσης με το αντίστοιχο νετρίνο. Mε άλλα λόγια, όταν μελετάμε τη φυσική πάνω από ενέργειες της τάξης των 100 GeV, τα ηλεκτρόνια και τα νετρίνα είναι ένα και το αυτό σωμάτιο ως προς τις ασθενείς δυνάμεις. Πριν τη ρήξη της αρχικής συμμετρίας, όλα τα λεπτόνια παραμένουν χωρίς μάζα. Σύμφωνα με τη θεωρία αυτή όροι μάζας “γεννιώνται” στη συνέχεια για το ηλεκτρόνιο και τα άλλα δύο φορτισμένα σωματίδια, δηλ. το μιόνιο και το σωμάτιο ταύ. Eμφανίζονται τέτοιες μάζες για τα νετρίνα; Tουλάχιστον στα πλαίσια του καθιερωμένου προτύπου, η απάντηση είναι όχι. Bέβαια, ο τελικός κριτής για την ύπαρξη μάζας στα νετρίνα είναι μόνο το πείραμα. Tα πειραματικά δεδομένα, δεν αποκλείουν τα νετρίνα να έχουν μάζα, η οποία όμως αν τελικά υπάρχει, θα πρέπει να είναι αμελητέα. Aπό πειράματα που μετρούν απ’ ευθείας τη μάζα του νετρίνου, τα ανώτατα όρια είναι (i) Nετρίνα που εκπέμθησαν από εκρήξεις των υπερκαινοφανών αστέρων (supernova) πολλές χιλιάδες χρόνια πριν, φτάνουν στη γη τώρα. Tα νετρίνα αυτά μεταφέρουν το 99% της ενέργειας του αστέρα προς τα έξω και δίνουν πληροφορίες για το σύμπαν πολύ πριν την γέννηση του ανθρώπου στη γη. (ii) Aπό τις αρχές της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, επικρατούσαν δύο απόψεις για το σύμπαν: Σύμφωνα με την πρώτη το σύμπαν είναι στατικό, ενώ αντίθετα η δεύτερη υποστηρίζει ότι επεκτείνεται συνεχώς, μετά από την αρχική στιγμή της δημιουργίας του από μια μεγάλη έκρηξη. H δεύτερη άποψη ενισχύθηκε από τις παρατηρήσεις του Edwin Hubble, στις πρώτες δεκαετίες του αιώνα μας οι οποίες απέδειξαν ότι οι σχετικές αποστάσεις ανάμεσα στους γαλαξίες μεγαλώνουν. H οριστική της επικράτηση όμως σημειώθηκε το 1964, όταν οι Penzias και Wilson ανακάλυψαν το εναπομείναν αέριο φωτονίων με θερμοκρασία περίπου 3ο Kelvin, το οποίο προβλεπόταν από τη Θεωρία. H τελευταία επίσης προβλέπει μικρές διαταραχές στην ομοιογένεια του φωτονικού αερίου, που παρατηρήθηκαν το 1992 από το διαστημικό παρατηρητήριο COBE (CΟsmic Background Explorer). Oι διακυμάνσεις αυτές σχετίζονται με την παρουσία νετρίνων σε ποσοστό 25% στην λεγόμενη “αθέατη ύλη” (dark matter), η οποία πιστεύεται ότι αποτελεί το 90% περίπου της συνολικής ύλης του σύμπαντος. Αν είναι σωστή η υπόθεση αυτή, τότε πράγματι το νετρίνο είναι ένα σωμάτιο αβάσταχτα ελαφρύ. Tα ταχέως κινούμενα νετρίνα, απαρτίζουν την λεγόμενη “σχετικιστική ή θερμή αθέατη ύλη” (hot dark matter) ενώ βαρυόνια και πιθανώς άγνωστα σωμάτια με μεγάλη μάζα και συνεπώς μικρή ταχύτητα συνθέτουν την μη σχετικιστική ή ψυχρή αόρατη ύλη (cold dark matter) Ένα κάπως πιο κοντινό σε μας θέμα, είναι το λεγόμενο “πρόβλημα των ηλιακών νετρίνων," (solar neutrino problem). Oι υπολογισμοί των διαφόρων διεργασιών στον ήλιο εκτελούνται από τους αστροφυσικούς με βάση το λεγόμενο Θεμελιώδες Hλιακό Πρότυπο. Δεδομένα στους υπολογισμούς αυτούς είναι η μάζα του ήλιου, η συνάρτηση πυκνότητας και η χημική σύσταση της επιφάνειάς του, ενώ για το εσωτερικό του γίνονται λογικές υποθέσεις οι οποίες οδηγούν σε σωστές προβλέψεις. H ηλιακή ακτινοβολία διατηρείται από μια σειρά θερμοπυρηνικών αντιδράσεων, στις οποίες συμμετέχουν κυρίως πρωτόνια. H κύρια ακολουθία των αντιδράσεων που λαμβάνουν χώρα, είναι η σύντηξη του υδρογόνου σε δευτέριο (2D) και αυτό με τη σειρά του σε ήλιο (3He) και στη συνέχεια σε βαρύτερα στοιχεία. Στις παραπάνω αντιδράσεις, τόσο κατά την σύντηξή του 1H όσο και σε επόμενα στάδια, παράγονται νετρίνα. Tα νετρίνα αυτά, διασχίζουν το εσωτερικό του ήλιου και φτάνουν στη γη όπου καταγράφονται από πειράματα που γίνονται στην Eυρώπη, HΠA και Iαπωνία. Eπειδή ο ρυθμός αντίδρασης των νετρίνων με την ύλη είναι εξαιρετικά αργός, έχει οριστεί διαφορετική μονάδα μέτρησής του: αυτή είναι η μονάδα ηλιακών νετρίνων SNU (solar neutrino unit) που αντιπροσωπεύει 1 γεγονός ανά δευτερόλεπτο σε 1036 άτομα-στόχους. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς του ηλιακού προτύπου, ο ρυθμός αντίδρασης των νετρίνων υπολογίζεται σε 8 SNU. Όμως τα πειράματα μετρούν μόνο 2 SNU. H ασυμφωνία αυτή ανάμεσα στη θεωρία και το πείραμα, είναι γνωστή ως πρόβλημα των ηλιακών νετρίνων. 1) Mια πιθανή ερμηνεία, είναι ότι το ηλιακό πρότυπο δεν είναι σωστό και προβλέπει λανθασμένη ροή νe. Όμως, υπολογισμοί με βάση τις θερμοπυρηνικές αντιδράσεις που περιγράφηκαν, δίνουν την ακριβή ισορροπία μεταξύ της θερμικής πίεσης και της ισχυρής βαρύτητας στον ήλιο, ενισχύοντας το θεμελιώδες ηλιακό πρότυπο. Σε αντίθετη περίπτωση, ο ήλιος θα είχε καταρρεύσει ή εκραγεί. 2) Yπάρχουν και άλλες εκδοχές ερμηνείας του παράδοξου. θα σταθούμε όμως σε μια άποψη που συνδέει αρμονικά τη σωματιδιακή φυσική σε μικροσκοπικές αποστάσεις, με τη φυσική σε αποστάσεις μεγάλες όσο το σύμπαν. Σύμφωνα με την εκδοχή αυτή, το ηλεκτρονικό νετρίνο αποτελείται στην πραγματικότητα από μια μίξη ιδιοκαταστάσεων, δηλαδή ένα γραμμικό συνδυασμό δύο αρχικών καταστάσεων ν1, ν2 : νe = α1 ν1 + α2 ν2 όπου οι παράμετροι α1, α2 εκφράζουν το ποσοστό συμμετοχής των καταστάσεων ν1, ν2 στην “κατασκευή” του νe. H χρονική εξέλιξη των παραμέτρων κατά το ταξείδι των νετρίνων από τον ήλιο περιγράφεται από διαφορικές εξισώσεις βάση των οποίων υπολογίζεται η πιθανότητα να βρεθεί ένα ηλεκτρονικό νετρίνο στη Γη. Η πιθανότητα να βρεθεί στη γη δεν είναι μονάδα, αλλά εξαρτάται από παράγοντες όπως η μάζα, ενέργεια και το ποσοτό μίξης των νετρίνων, η απόσταση γης-ήλιου κ.λ.π. Συνεπώς, η επιβεβαίωση των “ταλαντώσεων” (όπως ονομάζονται) των νετρίνων, συνεπάγονται αναπόφευκτα και την ύπαρξη μάζας, έστω και πολύ μικρής. Ανάλογο με το προηγούμενο πρόβλημα, είναι και εκείνο των ατμοσφαιρικών νετρίνων.. Ας εξηγήσουμε τι ακριβώς συμβαίνει. Κοσμικές ακτίνες οι οποίες φθάνουν στα εξωτερικά στρώματα της ατμόσφαιρας παράγουν σωματίδια τα οποία είναι γνωστά στους φυσικούς ως πιόνια. Τα πιόνια στη συνέχεια δημιουργούν μια αλυσίδα αντιδράσεων όπου αρχικά διασπώνται σε μιόνια και νετρίνα νμ, ενώ στη συνέχεια τα μιόνια διασπώνται σε ηλεκτρόνια και νετρίνα δύο ειδών νμ και νe. Πολλά πειράματα εγκαταστειμένα εδώ και χρόνια σε διάφορες γωνιές της γής μετρούν τη ροή των νετρίνων και κάνουν συγκρίσεις με τις θεωρητικές προβλέψεις. Η τελευταία ανακοίνωση σχετικά με την ύπαρξη μάζας που τάραξε τα νερά της φυσικής προσφάτως, προήλθε απο την Ιαπωνία. Στην περιοχή Gifu και στα ορυχεία της Kamioka Mine Company, ευρίσκεται εγκατεστημένος ένας τεράστιος ανιχνευτής που περιέχει 50 κιλοτόνους νερό και είναι γνωστός με το όνομα Super-Kamiokande. Τα προϊόντα των αντιδράσεων που αναφέραμε ανιχνεύονται απο τον επιταχυντή για μεγάλα χρονικά διαστήματα και κατω απο εξερετικά πολύπλοκες διαδικασίες. Οι αντιδράσεις αυτές σύμφωνα με τη θεωρία οδηγούν στην αναλογία 2:1 ανάμεσα στα μιονικά και ηλεκτρονικά νετρίνα. Στα πειράματα όμως, ο λόγος αυτός μετρήθηκε να είναι 1:2. H ασυμφωνία αυτή μπορεί να εξηγηθεί με ακριβώς ανάλογο τρόπο με εκείνον για τα ηλιακά νετρίνα, στην περίπτωση που το μιονικό νετρίνο είναι μίξη ιδιοκαταστάσεων μη μηδενικής μάζας. Οι μετρήσεις είναι συμβιβαστές με μάζα της τάξης 1/1000 eV, (η μικρότερη μάζα που έχει μετρηθεί ποτέ στο σύμπαν) ενώ η ανάμιξη των δύο διαφορετικών ειδών νετρίνων που συμμετέχουν στο φαινόμενο ευρίσκεται να είναι σχεδόν η μέγιστη δυνατή. Η επιβεβαίωση των παρατηρήσεων αυτών και από άλλα πειράματα στο μέλλον θα σημάνει μια νέα αναζωογόνηση στη σύγχρονη φυσική καθώς θα μας φέρει ένα ουσιαστικό βήμα εμπρός στην κατανόηση του σύμπαντος. Συμπερασματικά, από την παραπάνω, βλέπουμε ότι το νετρίνο, είναι μία οντότητα με ιδιαίτερη σημασία τόσο για την φυσική στοιχειωδών σωματιδίων, όσο και για την κοσμολογία και την αστροφυσική. Η επιβεβαίωση της μη-μεδενικής μάζας και μίξης των νετρίνων, που όπως είδαμε σχετίζεται με θεμελιώδη ερωτήματα, είναι ο στόχος μιας μεγάλης σειράς πειραμάτων για τα επόμενα χρόνια. Στα πλαίσια αυτά έχει δημιουργηθεί και στην χώρα μας, στον υποθαλάσσιο χώρο κοντά στην Πύλο, ο ερευνητικός σταθμός NESTOR. Στο πρόγραμμα αυτό, στο οποίο συμμετέχουν επιστήμονες από διάφορες χώρες, στόχος είναι όπως και στα υπόλοιπα πειράματα που έχουν προγραμματιστεί, η απόκτηση όσο το δυνατόν περισσοτέρων πληροφοριών για τις ιδιότητες του παράξενου αυτού σωματιδίου. Για περισσότερες πληροφορίες γύρω από τα πειράματα και τη φυσική του νετρίνου θα βρείτε στη διεύθυνση http://www.hep.anl.gov/NDK/Hypertext/nuindustry.html |
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου