Była to anomalia wykryta w burzy reaktora jądrowego, tak zagadkowa, że ​​fizycy mieli nadzieję, że rzuci światło na ciemną materię, jedną z największych tajemnic wszechświata.

Jednak nowe badania definitywnie wykluczyły, że ten dziwny pomiar sygnalizował istnienie „sterylnego neutrina”, hipotetycznej cząstki, która od dawna wymykała się naukowcom.

Neutrina są czasami nazywane „cząsteczkami duchami”, ponieważ prawie nie wchodzą w interakcje z inną materią — szacuje się, że około 100 bilionów przechodzi przez nasze ciała w każdej sekundzie.

Odkąd w 1930 roku po raz pierwszy pojawiły się teorie dotyczące neutrin, naukowcy próbowali ustalić właściwości tych zmiennokształtnych cząstek, które są jednymi z najczęstszych cząstek we wszechświecie.

Pojawiają się „gdy natura jądra atomu uległa zmianie”, powiedział AFP fizyk David Lhuillier z francuskiej Komisji Energii Atomowej.

Powiedział, że może się to zdarzyć, gdy połączą się w szaleńczej fuzji w sercu gwiazd takich jak nasze Słońce lub zostaną rozbite w reaktorach jądrowych.

Istnieją trzy potwierdzone smaki neutrina: elektronowy, mionowy i taonowy.

Jednak fizycy podejrzewają, że może istnieć czwarte neutrino, nazwane „sterylnym”, ponieważ w ogóle nie wchodzi w interakcje ze zwykłą materią.

Teoretycznie odpowiadałoby to tylko grawitacji, a nie fundamentalnej sile oddziaływań słabych, które wciąż dominują nad innymi neutrinami.

Sterylne neutrino ma gotowe miejsce w fizyce teoretycznej, „ale nie ma jeszcze jasnego dowodu, że istnieje” – dodał.

Kandydat na ciemną materię

Dlatego Lhuillier i reszta zespołu STEREO, zrzeszającego francuskich i niemieckich naukowców, postanowili go znaleźć.

Poprzednie pomiary reaktorów jądrowych wykazały mniej neutrin niż ilość oczekiwana przez modele teoretyczne, zjawisko to nazwano „anomalią antyneutrin reaktora”.

Sugerowano, że brakujące neutrina zmieniły się w sterylne, dając rzadką szansę udowodnienia ich istnienia.

Aby się tego dowiedzieć, zespół STEREO zainstalował dedykowany detektor kilka metrów od reaktora jądrowego wykorzystywanego do badań w instytucie Laue-Langevin w Grenoble we Francji.

Po czterech latach obserwacji ponad 100 000 neutrin i dwóch latach analizowania danych werdykt opublikowano w czasopiśmie Natura w środę.

Anomalia „nie może być wyjaśniona przez sterylne neutrina” – powiedział Lhuillier.

Ale to „nie oznacza, że ​​nie ma ich we wszechświecie”, dodał.

Eksperyment wykazał, że wcześniejsze przewidywania ilości produkowanych neutrin były błędne.

Ale nie była to całkowita strata, dająca znacznie wyraźniejszy obraz neutrin emitowanych przez reaktory jądrowe.

Może to pomóc nie tylko w przyszłych badaniach, ale także w monitorowaniu reaktorów jądrowych.

Tymczasem poszukiwania sterylnego neutrina trwają. Akceleratory cząstek, które rozbijają atomy, mogą zaoferować nowe tropy.

Pomimo niepowodzenia zainteresowanie może pozostać duże, ponieważ sterylne neutrina zostały uznane za podejrzane o ciemną materię, która stanowi ponad jedną czwartą wszechświata, ale pozostaje owiana tajemnicą.

Podobnie jak ciemna materia, sterylne neutrino nie wchodzi w interakcje ze zwykłą materią, przez co jest niezwykle trudne do obserwacji.

„Byłby to kandydat, który wyjaśniałby, dlaczego widzimy efekty ciemnej materii – i dlaczego nie możemy zobaczyć ciemnej materii” – powiedział Lhuillier.

© 2023 AFP