Cząstka kameleon złapana na gorącym uczynku
Fizycy z Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) we Włoszech rozwikłali wieloletnią zagadkę fizyki cząstek. Po trzech latach eksperymentów z wykorzystaniem intensywnej wiązki neutrin mionowych uchwycili przechodzenie cząstki elementarnej z jednej postaci w drugą. Ich odkrycie pomoże wyjaśnić pozorne znikanie neutrin w czasie ich drogi na Ziemię i przez nią. Neutrino oznacza "mały neutralny" i jest cząstką elementarną (tak jak elektron), która ma wyjątkowo małą masę i może przemieszczać się niemal z prędkością światła. Neutrina słabo oddziałują z materią i przechodzą przez Ziemię w sposób niemal niezakłócony. Wyróżnia się trzy typy neutrin: elektrony, miony i taony, które są trudne do wykrycia. Większość neutrin przechodzących przez Ziemię pochodzi ze Słońca, niemniej w latach 60. XX w. amerykański naukowiec Ray Davis zaobserwował, że znacznie mniej neutrin docierało na Ziemię ze Słońca w stosunku do przewidywań modeli słonecznych. Od tamtej pory fizycy dążyli do wyjaśnienia dlaczego tak wiele z nich wydawało się gubić gdzieś po drodze. W 1969 r. rosyjscy teoretycy, Bruno Pontecorvo i Vladimir Gribov, zasugerowali że neutrina mogą oscylować między typami, co wyjaśniałoby ten stan rzeczy. Od tamtego czasu w kilku eksperymentach zaobserwowano znikanie neutrin mionowych, ale nie zauważono przy tym spontanicznego pojawiania się neutrin taonowych. W 2006 r. fizycy pracujący w CERN (Europejskim Laboratorium Fizyki Cząstek Elementarnych) w Genewie, Szwajcaria, rozpoczęli eksperymenty z wykorzystaniem intensywnej wiązki neutrin mionowych. Naukowcy pracujący nad eksperymentem OPERA (Projekt poświęcony oscylacji z przyrządem do śledzenia śladów w emulsji) w INFN poszukiwali cząstek taonowych we wiązce. Ich pojawienie się oznaczałoby, że neutrina mionowe rzeczywiście przekształciły się w neutrina taonowe. W końcu ich cierpliwość została nagrodzona. Naukowcy z eksperymentu OPERA po raz pierwszy uchwycili neutrino "kameleona" w momencie przechodzenia z postaci mionowej w taonową. Wynik uzyskano po siedmiu latach przygotowań i trzech latach eksperymentów z wiązką w CERN. W tym okresie miliardy neutrin mionowych wysłano w 2,4 milisekundową podróż podziemną z CERN do odległego o 730 kilometrów Gran Sasso. "Sukces ten zawdzięczamy nieustępliwości i pomysłowości międzynarodowej społeczności fizyków, którzy zaprojektowali wiązkę cząstek specjalnie na potrzeby tego eksperymentu" - wyjaśnia prezes INFN, Roberto Petronzio. "W ten sposób oryginalny projekt Gran Sasso został uwieńczony sukcesem. Trzeba dodać, że w czasie budowy laboratoria zostały tak zorientowane, aby były w stanie odbierać wiązki cząstek z CERN." "Jesteśmy przekonani, że po tym pierwszym wydarzeniu nastąpią kolejne, które w pełni zademonstrują pojawianie się oscylacji neutrin" - dodaje Antonio Ereditato, rzecznik projektu OPERA. Dyrektor Generalny CERN, Rolf Heuer z zadowoleniem przyjął wynik stwierdzając: "To ważny krok w fizyce neutrin. Składam gratulacje na ręce osób pracujących przy eksperymencie OPERA, w laboratoriach Gran Sasso oraz w wydziałach akceleratora CERN. Wszyscy z niecierpliwością oczekujemy odkrycia nowej fizyki, jaką ten wynik zapowiada." Obserwacja oscylacji neutrin otwiera drogę do dalszych, istotnych odkryć w astrofizyce. Według wykorzystywanego obecnie przez fizyków modelu standardowego do wyjaśniania zachowania cząstek elementarnych neutrina nie posiadają masy. Jednakże wykazanie oscylacji neutrino wskazuje, że muszą mieć masę. Zrewidowanie modelu standardowego może pomóc naukowcom w odkryciu nowych typów neutrin, rzucając światło na teorię ciemnej materii i ostatecznie na naturę Wszechświata.
Kraje
Szwajcaria, Włochy