ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΕΤΑΙΡΙΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΦΥΣΙΚΗΣ  ΥΨΗΛΩΝ  ΕΝΕΡΓΕΙΩΝ
ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΟΜΑΔΑ ΕΚΛΑΪΚΕΥΣΗΣ 
OUTREACH GROUP


...πίσω στον κατάλογο των άρθρων 

Η ΜΑΖΑ ΤΟΥ ΝΕΤΡΙΝΟΥ ΚΑΙ ΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ SUPERKAMIOKANDE

Τα νετρίνα, τα πλέον ανενεργά από τα υποατομικά σωματίδια, εθεωρείτο ότι παρουσιάζονται σε  τρεις πλήρως διακριτές μορφές (που αντιστοιχούν στη τριάδα των ασθενά αλλελεπιδρόντων σωματιδίων, δηλ. το ηλεκτρόνιο, το μιόνιο και το σωματίδιο ταυ) και ότι έχουν μηδενική μάζα. Αν τα καινούργια πειραματικά δεδομένα που έχουμε είναι σωστά, τα νετρίνα έχουν παρατηρήσιμη μάζα και οι τρεις μορφές τους δεν είναι πλήρως διακριτές (για μια πλήρη εικόνα των στοιχειωδών σωματιδίων δες τον  Πίνακα Σωματιδίων

Παρότι τα νέα αυτά δεδομένα χαιρετίστηκαν από τον τύπο σαν μια νέα ανακάλυψη, δεν αποτελούν παρά συνέχεια της ιστορίας που ξεκίνησε το 1967 όταν ο Ray Davis άρχισε να παρατηρεί τα νετρίνα που έρχονταν από τον ήλιο και γρήγορα ανακοίνωσε ότι καταμετρούσε λιγότερα  από ό,τι αναμενόταν. Επιπλέον, εδώ και 12 χρόνια, υπόγεια πειράματα για νετρίνα άρχισαν να αναφέρουν ότι στις παρατηρήσεις τους παρουσιάζονταν διαφόρων ειδών "ελλείψεις" στον αριθμό των νετρίνων. Είναι γεγονός ότι αυτές οι παρατηρήσεις μπορούσαν να επιβεβαιωθούν  πολύ δύσκολα λόγω της τρομερής δυσκολίας που παρουσιάζεται κατά τις μετρήσεις αυτών των φαινομένων, αλλά από τότε, ο ψίθυρος για την "έλλειψη" αυτή ήταν μια μόνιμη επωδός. 

Η τελευταία παρατήρηση προέρχεται από τον μεγάλο ανιχνευτή Superkamiokande, εγκατεστημένο 1000 μέτρα κάτω από τη Γη σ' ένα Ιαπωνικό μεταλλείο, όπου 50 000 τόννοι νερού περιμένουν να "κτυπηθούν" από φυσικά νετρίνα (δες αυτή τη φωτογραφία). Τον έλεγχο αναλαμβάνουν 13 000 φωτοανιχνευτές που ψάχνουν την ελάχιστη λάμψη που θα προέλθει από αυτήν την αλληλεπίδραση. Μερικά από τα νετρίνα προέρχονται από τη σύγκρουση κοσμικών ακτίνων με τα μόρια της Γήινης ατμόσφαιρας της (παράγοντας επίσης σωματίδια Κ και π). Από τα νετρίνα αυτά περιμένουμε διπλάσια αριθμό νετρίνων μιονικού τύπου παρά νετρίνων ηλεκτρονικού τύπου. 

Στα 1980, μεγάλα υπόγεια πειράματα, που αρχικά σχεδιάστηκαν για την παρατήρηση της διάσπασης του πρωτονίου, άρχισαν να ψάχνουν για νετρίνα. Τα πειράματα Kamiokande (ο πρόγονος του Superkamiokande) καθώς και τα πειράματα IMB και Soudan στις ΗΠΑ, παρατήρησαν αυτό που ονομάστηκε "ανωμαλία ατμοσφαιρικών νετρίνων", σύμφωνα με την οποία ο λόγος του παρατηρούμενου αριθμού των μιονικού τύπου προς ηλεκτρονικού τύπου νετρίνων είναι μικρότερος από τον αναμενόμενο αριθμό 2. 

Βέβαια αυτή η παρατήρηση θα μπορούσε να αποδοθεί σε φαινόμενα  υποβάθρου, αλλά τα νέα στοιχεία που παρουσίασε τον τελευταίο χρόνο το Superkamiokande ενισχύουν την πεποίθηση ότι το φαινόμενο αυτό οφείλεται σε νέα "φυσική" και όχι απλά στο υπόβαθρο. 

Στη διάρκεια 540 ημερών ή και περισσότερο, το Superkamiokande  συνέλεξε κάπου 47 000 αλληλεπιδράσεις νετρίνων. Ο μεγάλος ανιχνευτής επέτρεψε στους επιστήμονες τον καλύτερο εντοπισμό των μιονικών νετρίνων που έγινε ποτέ. Τα μιόνια, που προέρχονται από την αλληλεπίδραση των μιονικών νετρίνων διακρίνονται από τα ηλεκτρόνια λόγω της ακτινοβολίας Cerenkov που εκπέμπουν, η οποία συλλαμβάνεται από τους φωτοπολλαπλασιαστές που περιβάλλουν το χώρο του πειράματος. 

Η "έλλειψη" των μιονικών νετρίνων είναι και πάλι παρούσα, και μάλιστα πιο έντονη για τα νετρίνα που φτάνουν στο πείραμα από κάτω, γι' αυτά δηλαδή, που διαπερνούν ολόκληρη τη Γη πριν φτάσουν και αλληλεπιδράσουν με το νερό της δεξαμενής του πειράματος. 

Με δεδομένο πλέον το φαινόμενο, η εξήγησή του εστιάζεται στις "ταλαντώσεις" του νετρίνου: ξεκινώντας τη ζωή του στη κορφή της ατμόσφαιρας ως μιονικού τύπου νετρίνο, αλλάζει σταδιακά τύπο. Τα νετρίνα που έρχονται από κάτω έχουν ταξιδέψει 13 000 χιλιόμετρα διασχίζοντας τη Γη και έχουν επομένως αυξημένη πιθανότητα να μετασχηματιστούν σε άλλου τύπου από ό,τι ξεκίνησαν. 

Με δεδομένη την ιδέα της "ταλάντωσης" του νετρίνου, πολλά πειράματα ψάχνουν αυτό το φαινόμενο τα τελευταία χρόνια. Τον περασμένο χρόνο, το διεθνές πείραμα Chooz (σ' έναν Γαλλικό πυρηνικό αντιδραστήρα) ανέφερε ότι δεν παρατηρεί, στα αποτελέσματά του, καμιά ταλάντωση μεταξύ των ηλεκτρονικού και μιονικού τύπου νετρίνων (με τις ίδιες παραμέτρους του πειράματος Superkamiokande). Επομένως, η παρατηρούμενη έλλειψη μιονικών νετρίνων θα πρέπει να οφείλεται σε ταλάντωση μεταξύ του μιονικού και ενός άλλου τύπου νετρίνων, πιθανότατα του τύπου ταυ. Ολόκληρο το φαινόμενο εξαρτάται από τη  διαφορά των τετραγώνων των μαζών των δυο τύπων νετρίνων, και το πείραμα προβλέπει μια διαφορά μάζας της τάξης του 1/10 000 000 της μάζας του ηλεκτρονίου. 

Ολόκληρο το ζήτημα των νετρίνων ξανάδωσε "ζωή" στα "μακριά επιφανειακά" πειράματα, στα οποία μια δέσμη νετρίνων προερχόμενη από επιταχυντές σωματιδίων κατευθύνεται προς στόχους σε απόσταση εκατοντάδων χιλιομέτρων. Το Ιαπωνικό πείραμα Κ2Κ στο Superkamiokande θα χρησιμοποιήσει δέσμη νετρίνων από το εργαστήριο ΚΕΚ που βρίσκεται 250 χιλιόμετρα μακριά. Στις ΗΠΑ, το εργαστήριο Fermilab, θα στείλει ακτίνα νετρίνων στο πείραμα Soudan, κάπου 730 χιλιόμετρα μακριά. Τέλος, στην Ευρώπη υπάρχει η δυνατότητα χρησιμοποίησης δέσμης νετρίνων από το  CERN  προς τον Ιταλικό ανιχνευτή στο Gran Sasso, 732 χιλιόμετρα μακριά. 

Η αυξανόμενη πεποίθηση για το παρατηρούμενο φαινόμενο βάζει σε αμφισβήτηση το Καθιερωμένο Πρότυπο περιγραφής των στοιχειωδών σωματιδίων, όπου τα νετρίνα παρουσιάζονται άμαζα. Είναι δυνατόν νετρίνα με μάζα να περιγραφούν από το Καθιερωμένο Πρότυπο ή έχουμε τις πρώτες ενδείξεις μιας "νέας φυσικής" πέραν αυτού; Οποιοδήποτε και αν είναι το αποτέλεσμα, αυτή τη στιγμή χρειαζόμαστε και άλλα πειραματικά δεδομένα.





Περιοδικό "CERN Courier" Vol 38(1998)6
Μετάφραση: Ν.Δ. Τράκας, Αναπλ. Καθηγητής, Ε.Μ.Π.
email: ntrac@central.ntua.gr



Περισσότερες πληροφορίες για το νετρίνο μπορείς να βρεις στο άρθρο: "Η αβάστασχτη ελαφρότητα του νετρίνου".


Με τον όρο "υπόβαθρο" περιγράφουμε την πληθώρα των γεγονότων που δεν ενδιαφέρουν αλλά δίνουν ίδιο σήμα με το συγκεκριμένο γεγονός που ψάχνουμε, ή ακόμα και την αδυναμία των μετρητικών συσκευών, σε ορισμένες περιπτώσεις, να αναγνωρίσουν σαφώς το γεγονός.


Το "Καθιερωμένο Πρότυπο" είναι το (θεωρητικό) μοντέλο που περιγράφει τις ηλεκτρομαγνητικές, ασθενείς και ισχυρές αλληλεπιδράσεις. Ολα τα πειραματικά αποτελέσματα, έως πρόσφατα, συμφωνούν απόλυτα με τις προβλέψεις του. Βασικό στοιχείο του Καθιερωμένου Προτύπου είναι η ενοποιημένη αντιμετώπιση των ασθενών και ηλεκτρομαγνητικών αλληλεπιδράσεων (S. Glashow, S. Weinberg, A. Salam, Βραβείο Nobel Φυσικής) καθώς και η εισαγωγή του σωματιδίου higgs, η ανακάλυψη του οποίου είναι ένας από τους βασικούς στόχους των πειραμάτων στο άμεσο μέλλον.


...πίσω στον κατάλογο των άρθρων