Vedci sa desať rokov naháňali za časticou, ktorá neexistuje: V stávke sú miliardy dolárov
Výskumníci po desiatich rokoch usilovných výskumov zisťujú, že dlho hľadaná častica nemusí vôbec existovať, hoci sa pre ňu stavia detektor.
Fyzici celé roky verili, že v dátach o neutrínach sa skrýva stopa po niečom novom. Nešlo o drobné odchýlky ani o štatistický šum. Viaceré experimenty opakovane ukázali správanie, ktoré sa nedalo jednoducho vysvetliť známymi zákonmi fyziky. Práve z tohto napätia vznikla myšlienka sterilného neutrína, častice, ktorá mala vyriešiť viacero problémov naraz.
Sterilné neutríno malo patriť medzi najexotickejšie objekty, aké si fyzika predstavila, informuje portál Popular Mechanics. Nemalo reagovať s hmotou, nemalo zanechať stopu v detektoroch a nemalo sa dať „chytiť“. Jediná sila, na ktorú by reagovalo, mala byť gravitácia. Pre vedcov to znelo ako ideálne vysvetlenie, ak niečo nevidíme, možno je to preto, že to s nami vôbec nekomunikuje.
Bežné neutrína sú už samy o sebe zvláštne. Každú sekundu preletia tvojím telom v obrovských množstvách bez akéhokoľvek efektu. Existujú v troch typoch a počas letu medzi nimi preskakujú. Práve tieto premeny, nazývané oscilácie, začali vykazovať správanie, ktoré nezapadalo do teórie. V istých experimentoch sa zdalo, že neutrína menia identitu príliš rýchlo alebo „miznú“.
Chyba, ktorá bude stáť
Do tohto príbehu vstúpil experiment MicroBooNE v americkom Fermilabe. Vedci tam postavili detektor, ktorý sledoval neutrína vytvorené v urýchľovači a prechádzajúce kvapalným argónom. Zamerali sa najmä na prípady, keď sa miónové neutríno zmenilo na elektrónové. Práve tam sa v minulosti objavili najväčšie anomálie.
Po rokoch meraní však prišla studená sprcha. Tím nenašiel nič, čo by existenciu sterilného neutrína potvrdilo.
Neprehliadni
„Nenašli sme žiadny dôkaz pre prechody alebo miznutie neutrín, ktoré by naznačovali neštandardné oscilácie.“ hovoria autori štúdie: „Predchádzajúce anomálne pozorovania sa nedajú vysvetliť zavedením jedného sterilného neutrína.“
Tento výsledok neznamená len akademickú poznámku pod čiarou. Ide o vážny problém pre projekt DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment), ktorý sa práve stavia a pohltí miliardy dolárov. DUNE počíta s obrovskými detektormi hlboko pod zemou a mal hľadať práve takéto „neviditeľné“ častice. Ak sterilné neutrína neexistujú, celá stratégia sa musí prekalibrovať. Vedci riskujú, že postavia jedno z najdrahších laboratórií na svete na hľadanie niečoho, čo v prírode jednoducho nie je. Je to tvrdá lekcia vedeckého hazardu, vsadíš všetko na jednu kartu a ona sa rozplynie.
Štandardný model nie je dokonalý
Zároveň sa tým ešte viac odhalila slepá škvrna štandardného modelu. Tento teoretický rámec dlhé desaťročia vysvetľoval správanie častíc, no pri neutrínach zlyhal. Podľa teórie by neutrína nemali mať hmotnosť, realita však ukázala opak. Sterilné neutríno malo slúžiť ako „záchranná injekcia“, ktorá tento rozpor elegantne vysvetlí. Keď MicroBooNE túto možnosť zavrel, nezostala žiadna jednoduchá záplata. Fyzici teraz čelia nepríjemnej pravde, základy nášho chápania hmoty majú diery a rýchla oprava neexistuje.
V samotnej štúdii sa objavil aj pojem kvantová degenerácia. V praxi šlo o sledovanie elektrónových neutrín, ktoré sa v detektore objavili a následne „zmizli“. Dlhý čas sa predpokladalo, že sa menia na sterilné neutrína, a preto ich nevidíme. Výsledky MicroBooNE však ukázali, že tento mechanizmus nefunguje. Miznutie musí spôsobovať niečo iné, možno interakcie, ktoré zatiaľ nikto presne nepopísal. Je to ako sledovať kúzelníka, o ktorom si myslíš, že má tajnú priehradku, no napokon zistíš, že trik funguje úplne inak.
MicroBooNE tak jednu časticu vymazal z mapy reality. Paradoxne tým fyzike pomohol. Odstránil pohodlné vysvetlenie a prinútil vedcov hľadať hlbšie odpovede. Neutrína ostávajú jednou z najväčších záhad modernej vedy, len cesta k ich pochopeniu sa práve stala menej pohodlnou a oveľa úprimnejšou.
