Hvor får nøytrinoer massen sin fra? Det er et mysterium, en av de mest forvirrende i standardmodellen for partikkelfysikk. Men et team av fysikere tror de vet hvordan de skal løse det.
Her er problemet: Nøytrinoer er rare. Ultra-svake partikler, de fleste av dem er så lite energi og uvesentlig at de passerer gjennom hele planeten vår uten å stoppe. I flere tiår trodde forskere at de ikke hadde masse i det hele tatt. I den opprinnelige versjonen av Standardmodellen, som beskriver partikkelfysikk, var nøytrinoen helt vektløs. For omtrent to tiår siden endret det seg. Fysikere vet nå at nøytrinoer har masse, om enn i små mengder. Og de er ikke sikre ennå nøyaktig hvorfor den massen er.
Vi kan imidlertid løse mysteriet, argumenterer en ny artikkel publisert 31. januar i tidsskriftet Physical Review Letters. Gitt nok tid og data, bør nøytrinoene med høy energi vi allerede kan oppdage bidra til å låse opp hemmelighetene for deres masse.
Oppdage nøytrino resonanser
Neutrino har forskjellige mengder energi: To ellers identiske partikler vil oppføre seg veldig forskjellig avhengig av hvor mye energi de har.
De fleste nøytrinoene vi kan oppdage kommer fra solen vår og en håndfull superlyse energikilder på jorden (som kjernereaktorer), og er relativt lite energi. Og nøytrinoer med lav energi glir lett gjennom biter av materie, uten å slå i noe. Men planeten vår er også bombardert av mye nøytrinoer med mye energi. Og det er mye mer sannsynlig at disse banker inn i andre partikler, som en traktortrailer som skriker nedover motorveien i den passerende banen.
Tilbake i 2012 kom en partikkeldetektor online i Antarktis som er designet for å oppdage de nøytrinoene med høyere energi. Men detektoren, som heter IceCube, kan ikke føle dem direkte. I stedet ser det etter kjølvannet av høyenergi-nøytrino-kollisjoner med vannmolekyler i den omkringliggende isen - kollisjoner som produserer spreng av andre typer partikler som IceCube kan oppdage. Vanligvis er disse utbruddene rotete og produserer en rekke partikler. Men noen ganger er de uvanlig rene - resultatet av en prosess som kalles resonans, sa studiens medforfatter Bhupal Dev, fysiker ved Washington University i St. Louis.
Når en nøytrino smeller inn i en annen partikkel, nærmere bestemt et elektron, e vil det noen ganger gå gjennom en prosess kjent som Glashow-resonans, sa Dev til Live Science At resonans moser de to partiklene sammen og gjør dem til noe nytt: en W boson. Først foreslått i 1959, krever Glashow-resonans veldig høy energi, og et enkelt eksempel kan ha dukket opp i IceCube i 2018, ifølge en tale i 2018 på en nøytrino-konferanse.
Men ifølge Dev og hans medforfattere, kan det være andre typer resonanser der ute. En av de mer populære teoriene om hvordan nøytrinoer får massen sin er kjent som "Zee-modellen." Og under Zee-modellen ville det være en annen type resonans som Glashow, og produsere en ny ny partikkel, kjent som "Zee burst", skrev forskerne i den nye studien. Og den resonansen vil være innenfor IceCubes evne til å oppdage.
Hvis en Zee-burst ble oppdaget, ville det føre til en radikal oppdatering av standardmodellen, noe som fullstendig transformerer hvordan fysikere ser på nøytrinoer, sa Dev.
Zee-modellen ville gå fra en teori til fast vitenskap, og den eksisterende modellen for nøytrinoer ville bli kastet ut.
Men IceCube er bare følsom for visse områder med nøytrinoenergier, og forholdene som vil gi Zee-utbrudd er på ytterkantene av det området. Gitt tid vil en slik hendelse sannsynligvis bli oppdaget av IceCube på et tidspunkt i løpet av de neste 30 årene.
Men heldigvis kommer oppdateringer til IceCube, bemerket forskerne. Når detektoren er oppgradert til den mye større og mer følsomme IceCube-Gen 2 (det er ikke klart nøyaktig når dette vil skje), bør den mer følsomme enheten kunne plukke opp et Zee-burst innen bare tre år - hvis Zee-bursts virkelig er der ute.
Og hvis Zee-utbrudd ikke er der ute, og Zee-modellen tar feil, vil mysteriet med nøytrino-massen bare bli dypere.
