Neutrina rzucają światło na model standardowy i poza niego
Fizycy poświęcają dużo wysiłku na badanie właściwości tych tajemniczych cząstek. Do końca ubiegłego stulecia udało im się odkryć, że neutrina występują w trzech rodzajach, zwanych stanami zapachowymi. Są to neutrina elektronowe, mionowe i taunowe. Co więcej, neutrina mogą zmieniać swój zapach w procesie zwanym oscylacją. Ten zaskakujący fakt wskazuje na zjawiska fizyczne poza modelem standardowym. Fizycy skupieni w ramach finansowanego ze środków UE projektu NUTRAILS (On the trails of new neutrino properties) zaangażowali się w badania neutrin, które otworzą okno na nową fizykę, ukrytą w cząstkach elementarnych. Badacze skupili się na analizie standardowych i niestandardowych właściwości neutrin, takich jak łamanie symetrii parzystości ładunkowo-przestrzennej (CP) i wpływ neutrin sterylnych. Według obecnej wiedzy na temat Wielkiego Wybuchu, materia i antymateria powstały w równych ilościach podczas narodzin naszego Wszechświata. Jeśli tak było, każda odrobina materii i antymaterii powinna ulec wzajemnej anihilacji w momencie powstawania. Aby wyjaśnić przewagę materii, fizycy poszukiwali odpowiedniego rodzaju naruszenia symetrii CP. Wcześniejsze badania wykazały różnicę w zachowaniu kwarków i odpowiadających im antycząstek. Jednakże to naruszenie symetrii CP nie wyjaśnia ogólnej nierównowagi między materią i antymaterią. Wykorzystując bogate dane o neutrinach z eksperymentów na całym świecie, projekt NUTRAILS dostarczył pierwszej wskazówki przemawiającej za naruszeniem symetrii CP w przypadku neutrin, cząstek należących do rodziny leptonów. Ponadto uczestnicy projektu NUTRAILS przebadali oscylacje neutrin między trzema zapachami w poszukiwaniu neutrin sterylnych. Istnienie tego rodzaju neutrin poza trzema znanymi rodzajami, o ile zostanie udowodnione, będzie miało ogromny wpływ na nasze rozumienie Wszechświata. Nowe wyniki określają limity dla mieszania elektronów z neutrinami sterylnymi oraz dla lekkich neutrin sterylnych o masie poniżej eV. Projekt NUTRAILS przyniósł wciąż trwające eksperymenty z cennymi granicami zakresu poszukiwanej masy potencjalnego czwartego stanu neutrina. Ponadto w projekcie wykazano po raz pierwszy, że obecne i przyszłe eksperymenty wielobazowe są wrażliwe na naruszenia symetrii CP wywołane neutrinami sterylnymi. Podsumowując, nowe ustalenia dotyczące neutrin pokazują jasno, że ważne jest poszukiwanie innych cząstek neutralnych, które przyczyniają się do równowagi materii i antymaterii naszego Wszechświata.