NovA, neutrinii si Universul. Ce se intampla cu neutrinii care calatoresc sute de kilometri prin Pamant?

Dintre toate particulele prezente in Modelul Standard al particulelor elementare cele mai misterioase la ora actuala sunt asa-numitii netrini. Acestia au o masa, dar nu stim cat este aceasta. Stim insa ca neutrinii oscileaza, adica se schimba dintr-un fel de neutrini intr-altul. Este tocmai aceasta oscilatie a neutrinilor cea studiata de catre experimentul NovA, care a obtinut rezultate preliminare extrem de promitatoare. Neutinii ne-ar putea ajuta sa intelegem mai bine Universul: cum a fost posibil ca materia sa supravietuiasca antimateriei?

Neutrinii sunt particule din cadrul Modelului Standard al fizicii particulelor elementare extrem de fascinante: au spin (sunt deci fermioni), se prezinta in trei categorii si anume neutrinii electronici, cei muonici si cei tauonici si au masa. Nu stim insa la ora actuala care este masa neutrinilor. Stim care sunt limitele superioare pentru fiecare tip de neutrino si mai stim ca masa nu poate sa fie zero, dar cat de mult „cantaresc” neutrinii inca nu stim.

Aceste microscopice particule au fost si continua sa fie studiate in nenumarate experimente atat la acceleratoarele de particule cat si la reactoare nucleare sau in laboratoare subterane. In acestea din urma se masoara de exemplu neutrinii care ajung la noi de la Soare sau din alte procese care au loc in Univers.

Un nou experiment, NovA, in USA, are insa un obiectiv extrem de ambitios: sa masoare cu precizie oscilatia meutrinilor care provin de la un accelerator efectuand masuratori cu detectoare in doua puncte diferite, situate la o distanta de circa 500 mile.

Idolul lui Mircea Badea. N-a mai văzut niciodată un om ca el

Schimbări pe piața imobiliară. Investițiile, reglementate printr-o lege nouă

Neutrini de tip muonic sunt generati la Fermilab in illinois si imediat dupa ce sunt generati se masoara chiar acolo la Fermilab numarul de neutrini de tip electronic si de tip muonic. Fascicolul de neutrini este trimis spre un laborator in Minnesota (la Ash River) unde un alt detector de particule masoara din noi raportul intre neutrinii de tip electronic si muonic si il compara cu cel initial. Neutrinii ajung in laboratorul din Minnesota calatorid circa 500 mile prin pamant. Cum neutrinii au o probabilitate extrem de mica de a interactiona cu materia acestia calatoresc prin pamant practic fara interactiuni, doar cativa dintre miliardele de miliarde de neutrini sunt opriti de catre sol. Inclusiv in detectoarele de la NOvA putini sunt neutrinii care interactioneaza si sunt detectati de catre cercetatori.

Primele rezultate obtinute de catre echipa de cercetatori de la NovA sunt insa extrem de interesante: in Minnesota au fost detectati 33 neutrini de tip muonic si 6 de tip electronic. Daca neutrinii nu oscilau se astepta sa fie vazuti un numar de 201 neutrini muonici si doar unul de tip electronic. Alti neutrini ar fi fost de tip tauonic, insa NovA nu reuseste sa masoare acest tip de neutrini. Ce anume este oscilatia neutrinilor? Este un fenomen de natura cuantica care face ca un neutrino de un anumit tip de-a lungul unei calatorii sa se poata transforma in neutrinio de alt tip. Teoria oscilatiei neutrinilor este relativ complicata, insa ceea ce e de interes pentru noi aici este faptul ca acest fenomen se petrece doar daca neutrinii au masa. A masura deci oscilatia neutrinilor este foarte important, intrucat ne va ajuta sa masuram intr-un final masa acestor misterioase particule.

NovA are capacitatea sa masoare inclusiv oscilatia antineutrinilor‚ si acest lucru este foarte util intrucat ne va arata daca neutrinii si antineutrinii au acelasi gen de comportament sau, dimpotriva, oscilatia antineutrinilor este diferita fata de cea a nautrinilor. Acest lucru la randul lui ne va putea indruma ma bine spre dezvaluirea misterului disparitiei antimateriei  din Univers, tinand cont de faptul ca noi credem sa imediat dupa Big Bang exista un numar de antiparticule egal cu cel al particulelor.

Neutrinii impanzesc Universul – exista in Univers un numar enorm de neutrini. Masa acestora ar putea sa joace un rol important in evolutia viitoare a Universului spre o expansiune fara final, sau, dimpotriva, spre oprirea acesteia si initierea unui proces de contractie a Universului.

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro