Dalibor Zivotic/Shutterstock Mit einer Masse nahe Null und ohne elektrische Ladung wird das subatomare Teilchen a genannt Neutrino ist so schwer zu erkennen, dass Physiker es als a bezeichnen Geisterteilchen .
Aber seine Flüchtigkeit ist nichts im Vergleich zu einer noch seltsameren Art von Geisterteilchen, von der man annimmt, dass sie existiert – dem steriles Neutrino . Bisher sind alle Bemühungen steril zu finden Neutrinos sind mit leeren Händen aufgetaucht, und Forscher haben gerade angekündigt dass der jüngste Versuch nicht anders ist.
Es ist verlockend, die Hoffnung aufzugeben, aber der Beweis, dass das sterile Neutrino tatsächlich existiert, könnte die Physik und unsere Sicht auf das Universum grundlegend verändern, also ist es zumindest einen weiteren Versuch wert.
Physiker aus der Institut für Grundlagenwissenschaften In Südkorea wurde das Neutrino Experiment for Oscillation at Short Baseline (NEOS) ins Leben gerufen, um zu sehen, ob sie sterile Neutrinos aus dem Partikelsturm aus dem Kern des Kernreaktorkraftwerks Hanbit in der Stadt Yeonggwang ausmachen könnten.
Neutrinos tragen nicht umsonst den Spitznamen „Geister“ – obwohl sie zur gleichen Teilchenfamilie wie Elektronen gehören, tragen sie keine elektrische Ladung.
Das bedeutet, dass Neutrinos nur über die Schwerkraft mit anderen Teilchen interagieren können schwache Atomkraft .
Seit ihrer Die Masse ist so winzig Früher ging man davon aus, dass der Wert Null ist. Der einzige praktische Weg, sie nachzuweisen, besteht darin, zu warten, bis man auf ein Proton oder Neutron im Atomkern prallt und eine Reaktion auslöst.
Zwar gibt es im wahrsten Sinne des Wortes unzählige Neutrinos, die durch Kernreaktionen in unserer Sonne und fernen Sternen ausgestoßen werden Milliarden dieser Dinge Jede Sekunde geht es durch dich hindurch, praktisch keiner von ihnen macht auf dem Weg dorthin eine Pause.
Um ein Neutrino im Weltraum zu entdecken, greifen Physiker zu großen Anstrengungen und nutzen riesige unterirdische Wassertanks, die von Fotodetektoren umgeben sind, die das Seltene erkennen können Strahlungsblitz wird emittiert, wenn das Neutrino mit einem der subatomaren Teilchen im Wasser kollidiert und dieses zur Freisetzung eines Elektrons veranlasst.
Bereits in den 1960er Jahren fanden Physiker heraus, dass Neutrinos in drei Formen oder „Geschmacksrichtungen“ vorkommen – Elektron-Neutrinos, Tau-Neutrinos und Myon-Neutrinos.
Experimente mit Neutrinos, die aus der Sonne strömten, folgten schnell auf ihre Entdeckung, aber die Zahlen stimmten nicht ganz mit den Modellen überein – die Hälfte bis zwei Drittel der Neutrinos des Elektronengeschmacks schienen zu fehlen.
Als ob Neutrinos nicht schon hinterhältig genug wären, es wurde später gefunden dass Neutrinos mitten im Flug ihre Geschmacksrichtung wechseln, was erklärt, wohin diese fehlenden Elektron-Neutrinos gingen.
Forschung in Los Alamos entdeckte in den 1990er Jahren auch etwas Ungewöhnliches in den Oszillationen des Neutrinos, was auf die Möglichkeit eines Neutrinos hindeutete, das uns völlig entgangen war.
Ein anderer Experiment im Jahr 2011 stellten auch eine mögliche Lücke in ihren Ergebnissen fest, mit ca 7 Prozent weniger Neutrinos gemessen als vorhergesagt, was auf eine vierte Geschmacksrichtung hindeutet.
Technisch gesehen für Neutrinos keine Gebühr haben Physiker gehen davon aus, dass es keinen Platz mehr für andere Neutrinovarianten geben sollte … es sei denn, sie würden sich etwas anders verhalten.
Elektron-, Myon- und Tau-Neutrinos werden als linkshändig bezeichnet, was ein Merkmal von ihnen ist Drehimpuls . Andere Teilchen dieser Art haben eine rechtshändige Form, daher ist es naheliegend anzunehmen, dass Neutrinos dies auch tun würden.
Ein weiteres Merkmal dieses mysteriösen hypothetischen Neutrinos ist seine völlige fehlende Wechselwirkung mit der schwachen Kernkraft, was es praktisch „steril“ macht.
Wenn also „aktive“ Neutrinos Geister sind, ist das sterile Neutrino das, was aus Geistern wird, nachdem sie gestorben sind.
Ermutigt durch diese Ergebnisse stellten die NEOS-Forscher einen kleinen Elektronen-Neutrino-Detektor hinter einer dicken Bleiabschirmung nur 24 Meter (8 Fuß) vom radioaktiven Kern entfernt auf, in der Hoffnung, ein Muster unter den 5 x 10^20 Neutrinos zu erkennen, die ausströmten des Reaktors jede Sekunde.
Institut für Grundlagenwissenschaften
Nach dem Vergleich ihrer Ergebnisse mit theoretischen Berechnungen und Zahlen aus anderen Experimenten konnte NEOS keinen konkreten Beweis für die Existenz des sterilen Neutrinos liefern.
Nicht, dass das Experiment selbst Zeitverschwendung gewesen wäre – zum einen fanden sie in ihren Daten eine seltsame „Beule“, die auf eine unerwartete Fülle von Neutrinos bei einer Energie von 5 MeV hinweisen könnte, obwohl die Bedeutung dieses Anstiegs eine ist muss noch bestätigt werden.
Die Ergebnisse setzen auch neue Grenzen für die Suche nach dem Teilchen und begrenzen die Schwingungen, die Elektron-Neutrinos in einen sterilen Geschmack verwandeln.
Sterile Neutrinos wurden vorhergesagt genauso massiv sein als satte 10^15 GeV oder so leicht wie nur 1 eV, wobei eine hypothetische schwere Version einst sogar als Anwärter dafür in Betracht gezogen wurde Dunkle Materie , etwas, das 80 Prozent des Universums ausmacht und sich dennoch einer Identifizierung entzieht.
Ein Versuchen Sie, Zeichen zu erkennen von sterilen Neutrinos am IceCube-Neutrino-Observatorium am Südpol kamen letztes Jahr zu dem Schluss, dass sie „ fast sicher „Das Teilchen existiert nicht.“
Andere Experimente in China und ein Projekt namens MINOS am Fermi National Accelerator Laboratory in den USA konnten ebenfalls nichts finden.
Nicht, dass das Team hinter NEOS so schnell aufgibt.
„Diese Ergebnisse bedeuten nicht, dass es keine sterilen Neutrinos gibt, sondern dass sie schwieriger zu finden sind als bisher angenommen.“ sagte der Forscher Oh wann .
Denn wenn es eines ist, was Sie brauchen, um den Geist eines Gespenstes einzufangen, dann ist es Geduld und eine gesunde Portion Optimismus.
Diese Forschung wurde veröffentlicht in Briefe zur körperlichen Untersuchung .