The Amazing Disappearing Antineutrino


Av Eugenie Samuel Reich of Nature magazine Neutrinoer har lenge forvirret fysikere med sin uhyggelige evne til å unnvike deteksjon, med så mange som to tredjedeler av de spøkelsespartiklene som tilsynelatende kommer til å gå bort fra solen til jorden. Nå er en raffinert versjon av en gammel beregning forårsaket av røre ved å foreslå at forskere også systematisk har undervurdert antall partiklers antimatterpartnere - antineutriner - produsert av atomreaktoreksperimenter. Underskud

Av Eugenie Samuel Reich of Nature magazine

Neutrinoer har lenge forvirret fysikere med sin uhyggelige evne til å unnvike deteksjon, med så mange som to tredjedeler av de spøkelsespartiklene som tilsynelatende kommer til å gå bort fra solen til jorden. Nå er en raffinert versjon av en gammel beregning forårsaket av røre ved å foreslå at forskere også systematisk har undervurdert antall partiklers antimatterpartnere - antineutriner - produsert av atomreaktoreksperimenter.

Underskuddet kan skyldes at antineutrinene blir til såkalte "sterile antineutriner", som ikke kan oppdages direkte, og som ville være klare bevis for effekter utover standardmodellen for partikkelfysikk.

På 1960-tallet fant fysikeren Ray Davis, dypt under jorden i Homestake gullgruven i South Dakota, at fluxen av solnutriner som rammet jorden var en tredjedel av det som ble forutsatt ved beregninger av atomreaksjonene i solen av teoretikeren John Bahcall. Davis mottok senere en nobelpris for hans bidrag til neutrino astrofysikk. Det puslespillet ble ansett løst i 2001, da Sudbury Neutrino Observatory (SNO) i Canada fant de manglende to tredjedelene gjennom et alternativt deteksjonsmiddel. SNOs resultater ble tatt som bevis på at nøytriner har masse, noe som gjør at de kan svinge mellom tre smaker: elektron, muon og tau. Davis hadde bare oppdaget elektronneutruten.

Eksperimenter som måler graden av antineutrino-produksjon fra forfall av uran- og plutoniumisotoper har hittil produsert resultater omtrent i samsvar med denne teorien. Men den reviderte beregningen aksepterte denne uken ved fysisk gjennomgang D tyder på at det ikke er hele historien. Mens ventet på Double Chooz neutrino-eksperimentet i Frankrike for å bli fullt operativt, satte Thierry Lasserre og hans kolleger på den franske atomkommisjonen (CEA) i Saclay ut for å sjekke spådommer om antineutrino-produksjonen av atomreaktorer. De gjentok en beregning som først ble gjort på 1980-tallet av Klaus Schreckenbach ved Technical University of Munich, ved hjelp av mer moderne teknikker som tillot dem å være mye mer presise.

Deres nye anslag på produksjonshastigheten er rundt 3% mer enn tidligere antatt. Dette betyr at flere generasjoner av neutrino- og antineutrino-eksperimenter har uvitende savnet en liten del av partiklene. "Det var helt en overraskelse for oss, " sier Lasserre.

Double Chooz består av to detektorer som måler fluxen av antineutrinos produsert av atomkraftverket Chooz i de franske Ardennene, en detektor ca 400 meter fra anlegget og den andre 1 kilometer unna. Fjernvarsleren ble operativ i år.

Stefan Schönert, en neutrino fysiker ved Technical University of Munich, sier beregningen er solid, og har blitt sjekket med Schreckenbach. "De kan gjengi hverandres resultater. Det er ingen vei rundt dette resultatet. Det er veldig solid."

Art McDonald av Queen's University i Kingston, Canada og SNO sier at folk må se nøye på beregningen, som i seg selv kan ha en systematisk feil. Men, legger han til, "det er ingen tvil om at det ville ha betydning som et fysikkresultat hvis det kan vises med mer nøyaktighet."

Resultatet kan peke på bevis på neutrinos og antineutrinos som svinger inn i en fjerde type neutrino eller antineutrino, en såkalt "steril" versjon som ikke samhandler med vanlig materie, sier Carlo Giunti, fysiker ved Universitetet i Torino i Italia. Andre eksperimenter har tidligere sett bevis for sterile partikler, inkludert Liquid Scintillator Neutrino Detector ved Los Alamos National Laboratory i New Mexico og Mini Booster Neutrino Experiment, eller MiniBooNE, hos Fermilab i Batavia, Illinois, og søket for å bekrefte deres eksistens er en varmt område av fysikk.

Giunti sier at omfanget av anomali som ble avdekket av Lasserre, ikke er statistisk signifikant alene, men at det peker lovende i samme retning som en annen anomali funnet av SAGE-samarbeidet, som studerte nøytriner fra en radioaktiv kilde ved Baksan Neutrino-observatoriet i Kaukasus i 2005. "Før dette pleide det å være en motsetning mellom eksperimenter [reaktor og radioaktivt kilde], men nå er de enige, sier Giunti.

Schönert sier at et nøkkeleksperiment alle venter på, er en måling som viser at antineutrinos forsinkelseshastighet fra en kilde øker med avstanden fra den. "Dette ville være røykpistolen, " sier han.

Denne artikkelen er reprodusert med tillatelse fra bladet Nature . Artikkelen ble først publisert 1. april 2011.

Siste nytt