Radinys 1,5km gylyje po kalnais Rusijoje gali sudrebinti standartinio fizikos modelio pamatus: fizikai mano aptikę visai naują elementariąją dalelę

• Giliai po žeme atliekamu eksperimentu tikimasi paaiškinti galio anomaliją.
• Galio anomalija vadinami prieš 20 metų gauti gluminantys eksperimento rezultatai.
• Atsakymas į ją galėtų reikšti fundamentalų pokytį, arba naują dalelę.

Fizikai nagrinėja eksperimentiniu dalelių greitintuvu pusantro kilometro gylyje po kalnais Rusijoje gautus keistus rezultatus. Radinys potencialiai gali sudrebinti standartinio fizikos modelio pamatus: šie rezultatai gali patvirtinti naują elementariąją dalelę, „sterilųjį neutriną,“ ar parodyti būtinybę peržiūrėti dalį standartinio modelio.

Tyrimą atliko New Mexico Los Alamos Nacionalinė laboratorija, bendradarbiaudama su Baksan Neutrinų observatorija greta Sakartvelo sienos Rusijos pietvakariuose. Mokslininkai pateikė rezultatus praeitą mėnesį dviejuose straipsniuose, publikuotuose Physical Review Lettersir Physical Review C.

Norint suprasti, ką komanda aptiko, iš pradžių reikia aptarti neutrinus, labiausiai paplitusias ir lengviausią iš masę turinčių dalelių. Teoriškai neutrinai aprašyti dar ketvirtajame praėjusio amžiaus dešimtmetyje ir sąveikauja tik gravitaciškai ir standartiniu fizikos modeliu aprašoma silpnąją sąveika, o tai reiškia, kad panašiai, kaip ir tamsioji materija, neutrinai per mus, mūsų planetą ir kosmosą pereina kaip tinkami; jie beveik su niekuo nesąveikauja. Tačiau, sekdami jų daromą poveikį, mokslininkai ilgainiui išmoko neutrinus matuoti.

Tuomet, daugiau nei prieš 20 metų, mokslininkai pirmą kartą aptiko tai, ką pavadino „galio anomalija.“ Specialiu eksperimentu, skirtu matuoti Saulė neutrinus — daleles, sklindančias iš mūsų žvaigždės branduolio ir persmelkiančio visą mus supančią materiją — mokslininkai sujungė sintetinį chromo izotopą ⁵¹Cr su dideliu kiekiu galio. Galis yra įdomus metalas, besilydantis jau žmogaus kūno temperatūroje ir tada primenantis gyvsidabrį. Kartu šie du elementai sukuria germanio izotopą ⁷¹Ge. $$^{71}Ga+\nu_e\rightarrow e ^- + ^{71}Ge$$

(Atsimename, kad nors patys elementai yra fundamentalūs, atomai yra tiesiog subatominių dalelių junginiai. Pridedant ar atimant iš jų tokias daleles, kaip protonai, vienų elementų atomai tampa kitų elementų atomais. Iš esmės, branduolinės energijos gavimas pagrįstas sunkių ir linkusių savaime skilti (radioaktyvių) elementų branduolių skaidymu, taip sukuriant naujus elementus. Jungiant lengvesnių elementų branduolius, energijos gaunama dar daugiau, tačiau pramoniniu būdu tai kol kas vykdoma tik termobranduolinėse bombose).

Bet atlikdami SAGE eksperimentą Baksane, mokslininkai užfiksavo kai ką įdomiai keisto. Germanio-71 susidarydavo 20–24 procentais mažiau, nei turėjo, remiantis galio ir chromo-51 kiekiu ir eksperimento prigimtimi. Mokslininkai tuo metu – ir ligi šiol– nėra tikri, kodėl nesusidarė pakankamai germanio-71. Tai buvo pavadinta „galio anomalija.“

Šį neatitikimą stengiasi paaiškinti dvi minties mokyklos, ir nė vienos paaiškinimas nieko gero nežada. Pirmoji idėją – tiesiog neteisingai suprantame standartinio fizikos modelio pagrindus, kas reiškia, kad tai iš esmės naujas dalykas, kurio paradigma kol kas nepaaiškinta, ir kuris gali supurtyti visą fiziko supratimą. Antrasis paaiškinimas – tai yra naujas neutrino tipas, kuris nereaguoja netgi į silpnąją sąveiką — o tik į gravitaciją.

Naujame tyrime Los Alamos mokslininkai pradėjo nagrinėti duomenis iš naujausio Baksan atlikto eksperimento: sterilaus tranzito Baksano eksperimento (Baksan Experiment on Sterile Transitions – BEST). Iteruojant SAGE pradėtą tyrimo tradiciją, BEST pavadinime irgi yra užuomina. Tai yra sterilaus perėjimo idėja, kur „sterilus“ yra techninis pavadinimas neutrino, kurį veiktų tiktai gravitacija. „Susidarymo tempai visais nuotoliais buvo panašūs, bet 20 – 24 procentais mažesni, nei turėtų, tad anomalija pasitvirtino,“ viename straipsnyje praneša tyrėjai.

BEST eksperimentas ir jo duomenys geri tuo, kad eksperimento sąlygos buvo suderintos taip, kad rezultatai rodytų būtent sterilių neutrinų egzistavimo tikimybės didėjimą ar mažėjimą. Tai galėtų padėti mokslininkams patvirtinti arba atmesti galimybę, tęsiant galio anomalijos tyrimą. Sterilių neutrinų eksperimentus sukurti sunku, nes gravitacija yra silpniausia iš fundamentaliųjų sąveikų, o dar ir neutrinai yra tokie maži ir lengvi; tai lyg bandyti aptikti menkiausią vieno medžio lapelio krustelėjimą po švelniausio vėjelio gūsio.

Caroline Delbert
www.popularmechanics.com