Fermi laboratorija bando atskleisti neutrinų paslaptis

Gauti abiejų eksperimentų duomenys gali pakeisti mūsų supratimą apie neutrinų vaidmenį Visatos evoliucijoje. Jei miuoniniai neutrinai virsta elektroniniais neutrinais, tai gali būti priežastis, kodėl Didžiojo Sprogimo metu susidarė daugiau medžiagos nei antimedžiagos ir susiformavo dabar esanti Visata. MINO užregistravo šešiasdešimt du elektroninius neutrinus. Jei miuoniniai neutrinai nevirstų į elektroninius neutrinus, tai eksperimente būtų stebėti tik keturiasdešimt devyni įvykiai, susiję su elektroniniais neutrinais. Jei tokių įvykių skaičius atitiktų japonų eksperimente gautą dažnį, tai turėtų būti užregistruotas septyniasdešimt vienas virsmas. Abiejuose eksperimentuose neutrinų virsmas buvo matuojamas skirtingais metodais bei tyrimų būdais. Matuodami miuoninių neutrinų transformaciją į kitų rūšių neutrinus, mokslininkai MINOS eksperimente neutrinų pluoštelį nukreipė iš Fermi laboratorijos į penkis tūkstančius tonų sveriantį neutrinų detektorių. Atstumas tarp neutrinų šaltinio ir detektoriaus buvo lygus septyniems šimtams trisdešimt penkiems kilometrams. Neutrinų pluoštelio trajektorija driekėsi po žeme. Detektorius yra maždaug vieno kilometro gylyje Soudano požeminėje laboratorijoje, Minesotos valstijoje. Eksperimento metu buvo naudoti du beveik vienodi detektoriai. Fermi laboratorijoje esantis detektorius tikrino miuoninio neutrinų pluoštelio grynumą, o Soudane esantis detektorius registravo elektroninius ir neutroninius neutrinus. Neutrinai savo kelyje tarp dviejų laboratorijų užtrukdavo keturias šimtąsias sekundės. Tiek visiškai pakanka jiems virsti kitos rūšies neutrinais. Daugiau nei dešimtmetį mokslininkai turėjo įrodymų, kad trijų rūšių neutrinai gali virsti vienas kitu. Eksperimentuose stebėta, kad miuoniniai neutrinai dingsta. Galiausiai tai patvirtino ir MINOS eksperimento rezultatai. Mokslininkai mano, kad didelė dalis miuoninių neutrinų virsta tau neutrinais, kuriuos labai sunku stebėti. Maža dalis tau neutrinų virsta elektroniniais neutrinais.

Neutrinų registravimo įvykiai Soudano detektoriuje leido MINOS eksperimentą vykdantiems mokslininkams gauti informaciją apie parametrą, vadinamą sin²2Θ₁₃ (tariamą kaip sinus kvadratu du teta vienas trys). Jei miuoniniai neutrinai nevirsta elektroniniais neutrinais, šis dydis būtų lygus nuliui. Gauta šio parametro vertė paklaidų ribose sutampa su T2K verte, tačiau MINOS eksperimento paklaidos yra mažesnės. MINOS eksperimente gauta parametro vertė kinta nuo 0 iki 0,12. Šios eksperimente nustatytos kitimo ribos yra mažesnės, lyginant ir su ankstesnių 2009 ir 2010 metų rezultatais, kai įvertinimui naudotas mažesnis duomenų rinkinys. T2K eksperimente gauto parametro kitimo ribos lygios 0,03 ir 0,28.

„MINOS eksperimentas turėtų būti jautresnis neutrinų virsmui, – pasakė Fermi laboratorijos fizikas Robertas Plunketas (Robert Plunkett). – Panašu, kad gamta pasirinko minėto parametro vertę arčiau mažesnių T2K eksperimente nustatytų verčių. Reikia dar daugiau darbo ir duomenų, kad būtų patvirtinti abu šie matavimai.“

MINOS matavimuose yra gauti naujausi duomenys bandant suprasti neutrinus. MINOS tęs savo darbą iki 2012 metų vasario mėnesio. T2K projektas buvo netikėtai nutrauktas kovo mėnesį dėl Japonijoje įvykusio žemės drebėjimo, kuris sugadino naudotą neutrinų šaltinį. Mokslininkai tikisi atnaujinti T2K eksperimentą šių metų pabaigoje. Šiuo metu yra ruošiami dar trys neutrinų tyrimo eksperimentai, kuriuose bus matuojamas sin²2Θ₁₃ parametras, naudojant skirtingus metodus.

„Mokslas paprastai eina mažais žingsniais, o ne staigiais dideliais atradimais. Panašiai vyksta ir su neutrinų tyrimais, – pasakė Dženis Tomasas (Jenny Thomas), fizikas iš University College London. – Jei neutrinų virtimas iš miuoninių į elektroninius vyktų su pakankamai didele sparta, tai ateities eksperimentuose būtų nustatyta, ar gamta mums padovanojo du lengvus ir vieną sunkų neutrinus, ar atvirkščiai – du sunkius ir vieną lengvą. Tai kitas svarbus tyrimas neutrinų fizikoje.“