În vânătoarea neutrinilor sterili, cei care ar interacționa doar prin gravitație cu materia și deci cu ceilalți neutrini, a fost obținut un nou succes: experimentele MINOS+ și Daya Bay au pus limitele cele mai stringente asupra existenței acestui tip de neutrini până în prezent.

Netrinii sunt particule elementare care fac parte din Modelul Standard al fizicii particulelor; nu au  sarcină electrică, interacționează doar slab cu materia și se găsesc sub trei forme diferite: neutrini electronici, muonici și tauonici. Neutrinii pot străbate cantități enorme de materie, întreagă planetă de exemplu, fără a interacționa cu materia. Din acest motiv pentru studiul lor este nevoie de  detectoare enorme care să conțină o cantitate de materie pe cât de mare posibilă.

Se știe la ora actuală că neutrinii au masă, această este foarte mică și până în prezent nu s-a reușit măsurarea ei.

Neutrinii suferă un proces cuantic extrem de interesant: așa-numită oscilație – adică se transformă dintr-un tip de neutrini în alt tip pe măsură ce se propagă; astfel, un neutrino care pleacă în călătoria lui că neutrini muonic poate ajunge la un detector că neutrino electronic sau tauonic.

Măsurarea acestei oscilații da informații extrem de importante asupra neutrinilor. Experimente din trecut, precum LSND de la Los Alamos Național Laboratory și MiniBooNE de la Fermilab ajunseseră la concluzia că este ceva bizar în oscilația neutrinilor: un exces de neutrini de tip electronic care ar fi luat naștere prin oscilația neutrinilor muonici.

Pentru a explică acest exces, dar și din alte motive, cercetătorii au propus existența așa-numiților neutrini sterili; aceștia interacționează cu celelalte particule doar prin interacțiune gravitațională iar neutrinii cunoscuți s-ar putea transformă în  neutrini sterili și invers explicând anomaliile observate. Două noi experimente au efectuat măsurători cu mare precizie de oscilații de neutrini; este vorba despre MINOS+ și Daya Bay. MINOS+ măsoară dispariția neutrinilor de tip muonic produși la Fermilab după ce aceștia se propagă 735 km sub pământ cu ajutorul unui detector de particule în Minesotta.

Daya Bay folosește 8 detectoare în China pentru a măsură dispariția neutrinilor de tip electronic emiși de către șase reactoare nucleare. Cele două experimente și-au unit forțele pentru a caută neutrinii sterili insa…nu au găsit nimic.  Rezultatele obținute au fost recent publicate într-un articol în revistă Physical Review Letters.

Chiar dacă nu au găsit urme ale neutrinilor sterili cele două colaborări au reușit să pună noi limite asupra posibilei existențe ale acestei misterioase particule. Se pare deci că anomaliile observate de LSND și MiniBooNE nu sunt datorate neutrinilor sterili; s-ar putea să fie vorba de erori experimentale sau  de fenomene noi care încă nu le-am descoperit.

Noile limite puse asupra neutrinilor sterili sunt importante din mai multe puncte de vedere. Acest tip  de particula, dacă există, ar putea face parte din categoria materiei întunecate care, se pare, domină  în Univers și determină modul în care se formează și evoluează galaxiile. Materia întunecată ar putea fi alcătuită dintr-o serie de particule, precum materia normală, printre acestea numărându-se  deci și neutrinul steril care, în funcție de masă, ar putea contribui mai mult sau mai puțin la  „greutatea” materiei întunecate din Univers.

Având la bază noile limite impuse asupra existenței neutrinilor sterili, cele două experimente, dar și altele, vor continuă vânătoarea în această junglă a particulelor elementare unde neutrinii sterili s-au putea încă ascunde.

Studiul neutrinilor este extrem de interesant și important: dintre particulele care fac parte din Modelul Standard sunt poate cele mai interesante și ne-ar putea îndruma spre descifrarea multor mistere, inclusiv cele care au de-a face cu Universul întunecat.

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