Η επίλυση του προβλήματος των νετρίνων είναι κοντά
Τα νετρίνα είναι στοιχειώδη σωματίδια, η ύπαρξη των οποίων προβλέφθηκε από τον φυσικό Β. Πάουλι το 1930 και επιβεβαιώθηκε παρατηρησιακά 25 χρόνια αργότερα, ανακάλυψη που τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ το 1995. Τα νετρίνα δημιουργούνται κατά την ραδιενεργό διάσπαση, κατά τις πυρηνικές αντιδράσεις όπως αυτές που συμβαίνουν στο εσωτερικό των άστρων και στους πυρηνικούς αντιδραστήρες, και κατά την αλληλεπίδραση των κοσμικών ακτίνων με άτομα ύλης. Τα περισσότερα νετρίνα που φτάνουν στη Γη προέρχονται από τον Ήλιο - περίπου τρία τρισεκατομμύρια ηλιακών νετρίνων διαπερνούν το ανθρώπινο σώμα κάθε δευτερόλεπτο. Οι επιστήμονες όμως δεν κατόρθωσαν να ανιχνεύσουν παρά τα μισά από τα νετρίνα που θεωρητικά θα έπρεπε να παράγει η Ήλιος, κάτι που έγινε γνωστό ως «το πρόβλημα των νετρίνων». Το μυστήριο των νετρίνων είναι ίσως ένα από τα πιο ενδιαφέροντα στη Φυσική, με πολύ σημαντικές επιπτώσεις για το Σύμπαν που ζούμε, όπως το γεγονός ότι κυριαρχείται από ύλη η οποία επικράτησε της αντιύλης.
Εικ. 1: Ο ανιχνευτής Super-Kamiokande, είναι σχεδόν γεμάτος με νερό έτοιμος να δεχθεί τα νετρίνα (Credit: Kamioka Observatory, ICRR - Institute for Cosmic Ray Research-, The University of Tokyo).
Το πρόβλημα με τα νετρίνα έγκειται κυρίως στο ότι είναι πολύ δύσκολο να ανιχνευθούν, γιατί αλληλεπιδρούν πολύ ασθενώς με την ύλη. Αν φανταστούμε ένα νετρίνο να περνάει μέσα από τη Γη, αλληλεπιδράει τόσο λίγο με τον πλανήτη μας, που χάνει λιγότερη ενέργεια από ότι το φως του Ήλιου όταν περνάει μέσα από ένα παράθυρο. Σε αυτό υποβοηθάει το γεγονός ότι είναι ηλεκτρικά ουδέτερα και πολύ γρήγορα, ταξιδεύοντας σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός. Μέχρι τώρα είναι γνωστά τρία είδη νετρίνων, τα οποία συχνά αναφέρονται και σαν «γεύσεις» νετρίνων: τα νετρίνα ηλεκτρονίων, τα μιονικά νετρίνα και τα νετρίνα τ, το καθένα από τα οποία έχει διαφορετική μάζα. Παλαιότερα οι επιστήμονες πίστευαν ότι τα νετρίνα δεν έχουν καθόλου μάζα και ότι δεν μπορούν να αλλάξουν από το ένα είδος στο άλλο. Όμως παρατηρήσεις των νετρίνων που προέρχονται από τον Ήλιο έδειξαν ότι ανιχνεύονταν πολύ λιγότερα νετρίνα από όσα περίμεναν οι επιστήμονες. Αυτές και κάποιες άλλες ανωμαλίες που παρατηρήθηκαν έφεραν μια σημαντική αλλαγή στη θεωρία των νετρίνων και οι επιστήμονες κατέληξαν ότι αυτά πρέπει να έχουν κάποια μάζα και επίσης ότι ταλαντώνονται μετατρεπόμενα από τον ένα τύπο στον άλλο, με αποτέλεσμα να μην μπορούν όλα να ανιχνευθούν από τους επιστήμονες και να δημιουργείται το φαινομενικό πρόβλημα της έλλειψης νετρίνων.
Εικ.2: Ο Ήλιος όπως και άλλα άστρα παράγουν μεγάλη ποσότητα νετρίνων, τα οποία προς το παρόν παραμένουν «αόρατα» για τους γήινους ανιχνευτές.
Λόγω της ιδιαιτερότητάς τους, τα νετρίνα παραμένουν αόρατα για τους συνηθισμένους ανιχνευτές, και οι επιστήμονες κατασκευάζουν ειδικές πειραματικές διατάξεις που τις τοποθετούν βαθιά στον πυθμένα της θάλασσας ή στο εσωτερικό της Γης (π.χ. ορυχεία), για να είναι απομονωμένες από κάθε είδους αλληλεπίδραση, όπως για παράδειγμα η κοσμική ακτινοβολία, που θα μπορούσε να μπερδέψει τους επιστήμονες.
Το νέο πείραμα Τ2Κ που πραγματοποιείται στην Ιαπωνία θα παράγει μιονικά νετρίνα και κατόπιν θα προσπαθήσει να προσδιορίσει το ποσοστό αυτών που μετατρέπονται σε νετρίνα ηλεκτρονίων, πριν φτάσουν στον ανιχνευτή και καταγραφούν. Το πείραμα είναι μια διεθνής συνεργασία περισσότερων από 500 επιστήμονες από τη Γαλλία., τη Γερμανία, το Ηνωμένο Βασίλειο, τις ΗΠΑ, την Ιαπωνία, την Ιταλία, τον Καναδά, τη Νότια Κορέα, την Πολωνία και τη Ρωσία. Στην ουσία το πείραμα αποτελείται από μια πηγή νετρίνων στο εργαστήριο J-PARC του Tokai, τον ανιχνευτή Super-Kamiokande στην Kamioka και μερικούς ακόμη ανιχνευτές σε απόσταση 280 μέτρων από την πηγή. Οι επιταχυντές σωματιδίων που βρίσκονται στο J-PARC βομβαρδίζουν με πρωτόνια ένα στόχο, παράγοντας έτσι νετρίνα που ταξιδεύον κατόπιν προς τον ανιχνευτή ο οποίος βρίσκεται 1000 μέτρα κάτω από το έδαφος.
Εικ.3: Ο μηχανισμός ακτινοβολίας του Ήλιου μας.
Το πείραμα άρχισε και τους πρώτους μήνες δεν ανιχνεύθηκε κανένα νετρίνο. Όμως δέκα μήνες αργότερα οι προσπάθειες των επιστημόνων στέφθηκαν με επιτυχία και επιβεβαιώθηκε η πρώτη ανίχνευση νετρίνου, αφού αυτό ταξίδεψε περί τα 295 χιλιόμετρα από την πηγή προς τον ανιχνευτή. Οι επιστήμονες το θεωρούν το σημαντικό πρώτο βήμα που θα τους επιτρέψει να απαντήσουν μερικές από τις ερωτήσεις που αφορούν τα μυστηριώδη αυτά σωματίδια. Ειδικότερα ίσως να δώσουν σημαντικές πληροφορίες για τις ταλαντώσεις των νετρίνων τις οποίες μέχρι στιγμής κανείς δεν μπόρεσε να ανιχνεύσει. Ειδικότερα η σύγκριση μεταξύ των ταλαντώσεων νετρίνων και αντι-νετρίνων είναι θεμελιώδους σημασίας, και αφορά ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια της Φυσικής, την ανισορροπία μεταξύ ύλης και αντιύλης. Τα πρώτα αποτελέσματα αναμένονται σε μερικούς μήνες, αλλά ίσως χρειαστεί να περιμένουν αρκετά χρόνια για τις τελικές απαντήσεις.
Για περισσότερες πληροφορίες, η ιστοδελίδα του πειράματος είναι: http://jnusrv01.kek.jp/public/t2k/
Εικ.4 : Πειράματα σε ανιχνευτές νετρίνων όπως οι SNO και Super-Kamiokande συνέβαλαν στην ανακάλυψη ότι τα νετρίνα ταλαντώνονται ανάμεσα σε διαφορετικά είδη («γεύσεις») το καθένα με διαφορετική μάζα.
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου