Το μεγαλύτερο πείραμα ανίχνευσης νετρίνων στον κόσμο, το Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO), μόλις άνοιξε τις «πύλες» του και τα πρώτα δεδομένα που δημοσίευσε είναι ήδη αξιόλογα. Εγκατεστημένο σε βάθος στη νότια Κίνα, το JUNO χρειάστηκε λιγότερο από δύο μήνες λειτουργίας για να επιτύχει αυτό που άλλοι ανιχνευτές επιχειρούσαν επί μισό αιώνα: τις πιο ακριβείς μετρήσεις βασικών παραμέτρων των νετρίνων, κατά τη διάρκεια ενός επαναστατικού πειράματος που μπορεί να επηρεάσει βαθιά τη σωματιδιακή φυσική.
Στην καρδιά του JUNO βρίσκεται μια εντυπωσιακή σφαίρα 35 μέτρων, γεμάτη με 20.000 τόνους υγρού σπινθηριστή. Όταν ένα νετρίνο αλληλεπιδρά με το υγρό, ένα εξαιρετικά αδύναμο φως — ή αλλιώς η «υπογραφή» του σωματιδίου — παράγεται. Μόνο ένας τεράστιος ανιχνευτής όπως το JUNO έχει τη δυνατότητα να ανιχνεύσει αυτή τη λάμψη. Χιλιάδες ευαίσθητοι αισθητήρες περιμετρικά της σφαίρας καταγράφουν αυτή τη φωτεινή εκπομπή, αποκαλύπτοντας τις ιδιότητες του σωματιδίου που την προκαλεί.
Προτού το JUNO τεθεί σε λειτουργία, οι σημαντικές παράμετροι που περιγράφουν τη μεταβολή «ταυτότητας» των νετρίνων είχαν καθοριστεί μέσω δεκαετιών πειραμάτων παγκοσμίως. Η ομάδα του JUNO δήλωσε ότι, μέσα σε μόλις 59 ημέρες, κατάφερε να επιτύχει μεγαλύτερη ακρίβεια από τις προηγούμενες 50 χρόνια μετρήσεων. Όπως σχολίασε ο Gioacchino Ranucci, αναπληρωτής εκπρόσωπος του πειράματος, αυτή η εξαιρετική απόδοση αναδεικνύει τη δύναμη του νέου παρατηρητηρίου.
Τα ευρήματα έχουν ήδη δημοσιευθεί στο arXiv και βρίσκονται υπό αξιολόγηση στο περιοδικό Chinese Physics C.
Διαβάστε επίσης
Τα νετρίνα, ανάμεσα στα πιο αινιγματικά σωματίδια της φύσης, περνούν σχεδόν τα πάντα χωρίς να αλληλεπιδρούν μαζί τους. Τρισεκατομμύρια από αυτά διασχίζουν το σώμα μας κάθε δευτερόλεπτο, σαν να μην υπάρχουμε. Είναι τόσο ελαφριά και «ασώματα» που τους έχει δοθεί το παρατσούκλι «σωματίδια φαντάσματα». Ωστόσο, αυτή η μυστήρια συμπεριφορά τα έχει κάνει ένα από τα πιο ενδιαφέροντα παράθυρα πρωτοποριακής φυσικής πέρα από το Καθιερωμένο Μοντέλο.
Το Καθιερωμένο Μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής, μολονότι εξαιρετικά επιδραστικό, δεν περιλαμβάνει την ύπαρξη μάζας στα νετρίνα. Ωστόσο, το 2015, η επιβεβαίωση αυτής της μάζας μέσω του φαινομένου της νετρινικής ταλάντωσης οδήγησε στη βράβευση με Νόμπελ Φυσικής των ερευνητών που την επιβεβαίωσαν. Τα νετρίνα υπάρχουν σε τρεις «γεύσεις» — ηλεκτρόνιο, μιόνιο και ταυ — και μετατρέπονται από τη μία στην άλλη κατά τη διάρκεια του ταξιδιού τους. Οι λόγοι πίσω από αυτό το φαινόμενο παραμένουν άγνωστοι, αλλά αν αποκαλυφθούν, μπορεί να οδηγήσουν σε σημαντικές ανακαλύψεις.
Εργαστήρια όπως το JUNO προσφέρουν ιδανικό περιβάλλον για την ανακάλυψη αυτής της φυσικής: η μάζα της Γης μπλοκάρει τα περισσότερα ανεπιθύμητα σωματίδια, επιτρέποντας στα σπάνια συμβάντα νετρίνων να διαχωρίζονται αποτελεσματικά από τον θόρυβο. Με περίπου 20 φορές περισσότερους σπινθηριστές από προηγούμενα πειράματα, το JUNO έχει ήδη αρχίσει να παράγει αποτελέσματα.
Η ασύγκριτη ευαισθησία του ανιχνευτή επέτρεψε στους ερευνητές να μειώσουν την αβεβαιότητα σε δύο θεμελιώδεις παραμέτρους: τη γωνία μίξης, που καθορίζει πώς οι καταστάσεις μάζας των νετρίνων συνδυάζονται και τη διαφορά τετραγώνων των μαζών αυτών των καταστάσεων. Αυτές οι παράμετροι είναι κρίσιμες για την κατανόηση της νετρινικής ταλάντωσης.
Αυτή είναι μόλις η αρχή. Η ομάδα του JUNO έχει μεγάλες φιλοδοξίες για τα επόμενα χρόνια. Με την περαιτέρω συλλογή δεδομένων, αναμένεται να αυξηθεί η ακρίβεια ακόμα περισσότερο. Αν όλα κυλήσουν ομαλά, το πείραμα θα μπορούσε να αποκαλύψει ακόμη και τη σειρά μαζών των νετρίνων, ένα από τα αδιαμφισβήτητες ερωτήματα της σύγχρονης φυσικής. Επιπρόσθετα, υπάρχουν επιφοιτήσεις ότι το JUNO θα μπορούσε να προσφέρει ενδείξεις για ένα ακόμα μεγαλύτερο μυστήριο: το γιατί το σύμπαν αποτελείται σχεδόν αποκλειστικά από ύλη και όχι από ίση ποσότητα αντιύλης.
Για την ώρα, τα πρώτα αποτελέσματα λειτουργούν ως υπόσχεση ότι τα «σωματίδια φαντάσματα» του σύμπαντος μπορεί να οδηγήσουν σε αποκαλύψεις που θα αμφισβητήσουν το Καθιερωμένο Μοντέλο. Με γιγαντιαίους ανιχνευτές νέας γενιάς όπως το JUNO, η εικόνα μας για το υποατομικό σύμπαν γίνεται ολοένα και πιο καθαρή — και ίσως σύντομα, και πιο ανατρεπτική.
