Fizičari čestica već nekoliko decenija traže takozvane „sterilne neutrine“. Oni su pretpostavljene čestice koje bi imale malu masu poput tri poznata neutrina, ali ne bi stupile u interakciju pomoću slabe sile ili bilo koje druge sile Standardnog modela, samo kroz gravitacione interakcije.
Njegovo postojanje—ili njihovo postojanje—rešilo bi neke anomalije uočene u neutrinskim eksperimentima, pomoglo bi u odgovoru na pitanja izvan standardnog modela fizike čestica i, ako je dovoljno masivno, moglo bi da objasni hladnu tamnu materiju ili toplu tamnu materiju.
Ali sterilni neutrini nisu viđeni ni u jednom eksperimentu sa česticama, uprkos mnogim pokušajima. Sada je eksperiment IceCube Collaboration-a koristio 10,7 godina podataka sa njihovog detektora u blizini stanice Amundsen-Scott South Pole da bi se smanjila verovatnoća da najmanje jedan sterilni neutrino ne postoji. Njihov rad se pojavljuje u Phisical Reviev Letters.
„Sa IceCube-om smo unapredili potragu za četvrtim tipom neutrina, sterilnim neutrinima“, rekao je Alfonso Garsija Soto, istraživač na Instituto de Fisica Corpuscular (IFIC) u Španiji, vodeći analizator ove grupe. „Ovaj rad je bio moguć zbog poboljšanih modela za naše podatke i veštačku inteligenciju.“
Sami neutrini su još uvek u velikoj meri misteriozne čestice. Poznata su tri, koja dolaze u tri leptonske arome – elektronski neutrino, mionski neutrino i tau neutrino – su nenaelektrisani, imaju spin ½ i iako se zna da su masivne, njihove pojedinačne mase su ostale neodređene. Poznato je da osciliraju ukuse dok putuju, od jednog leptonskog ukusa do drugog. Oni stupaju u interakciju samo preko slabe sile i, pošto nisu bez mase, vrše i oskudnu gravitacionu silu.
IceCube je neutrina opservatorija u blizini Južnog pola koja zauzima kubni kilometar pod zemljom i otkriva neutrine nastale sudarima kosmičkih zraka (uglavnom protona) u gornjoj atmosferi. Osamdeset šest rupa je izbušeno u izuzetno čistom antarktičkom ledu do dubine od 2,5 km, koje sadrže 5.160 senzora poznatih kao digitalni optički moduli (DOM) koji sadrže fotomultiplikatorske cevi.
One su potopljene u rupe između 1.450 m i 2.450 m, na udaljenosti od 125 metara. Gušća konfiguracija u centru detektora omogućava da se detektuju energije neutrina od 10 do 100 GeV, što omogućava fizičarima da proučavaju oscilacije neutrina. IceCube je najveća opservatorija neutrina na svetu, kao i najveći detektor čestica na svetu.
Kada atmosferski neutrino stupi u interakciju sa ledom unutar detektora, on stvara pljusak drugih čestica kao što su mioni, teža verzija elektrona. Ove sekundarne čestice putuju skoro brzinom svetlosti i brže od brzine svetlosti u ledu, tako da emituju Čerenkovljevo zračenje.
Ovo svetlo će pokrenuti mnoge detektore unutar niza, a rekonstruisanjem obrazaca signaliziranih DOM-ova može se odrediti pravac i energija čestice. Kako atmosferske mione takođe proizvode kosmički zraci, IceCube ih eliminiše gledanjem samo u usponu tragova u njihovom detektoru, što uklanja mione koji ulaze sa gornje strane Zemlje.
Otkrijte najnovije u nauci, tehnologiji i prostoru sa preko 100.000 pretplatnika koji se oslanjaju na Phis.org za dnevne uvide.
Prijavite se za naš besplatni bilten i dobijajte novosti o otkrićima,
inovacije i istraživanja koja su važna – dnevno ili nedeljno.
Ako postoji barem četvrti ukus neutrina, on neće imati direktne interakcije sa ledom, tako da se ne može otkriti preko tradicionalnih kanala IceCube-a. Ali sterilni neutrino bi i dalje ostavljao indirektan (i merljiv) signal ako su neutrini u stanju da osciluju u („mešaju se sa“) u sterilni neutrino i nestanu u detektoru, ili ako se vidi nestanak ili praznina ako sterilni neutrino može da osciluje u jedan od tri standardna neutrina.
IceCube je objavio niz studija tokom godina, kao i druge grupe kao što je MicroBoone, ali sve ne pokazuju dokaze o sterilnim neutrinama.
Ranije ove godine, IceCube Collaboration ponovo nije pronašla sterilne neutrine koristeći 7,5 godina podataka iz unutrašnjeg detektorskog jezgra IceCube-a, poznatog kao DeepCore, što je rezultat kompatibilan sa nedostatkom bilo kakvog mešanja između aktivnih i sterilnih stanja neutrina. Tačka najboljeg uklapanja bila je u skladu sa standardnom hipotezom o tri neutrina (što znači da nema sterilnog neutrina) pri p-vrednosti od 8%.
U svojoj najsveobuhvatnijoj potrazi, grupa je sada pogledala 10,7 godina podataka dok je povećala gornji opseg energije mionskih neutrina sa 10 TeV na 100 TeV. Oni su takođe uključili značajna poboljšanja u modeliranju neutrina fluksa i odziva detektora u poređenju sa ranijim studijama. Njihovi rezultati su ponovo u skladu sa odsustvom sterilnog neutrina, ali sada sa manjom verovatnoćom od 3,1%.
„Unapredjenje ove pretrage je omogućeno zahvaljujući međunarodnim naporima IceCube Collaboration-a u radu detektora, pripremi podataka i korišćenju podataka za proučavanje fizike neutrina“, rekao je Ignacio Taboada sa Instituta za tehnologiju Džordžije u SAD i portparol IceCube-a. .
Ovaj rad ima 420 autora iz 58 institucija iz 14 zemalja.
