Po 30 letech záhad: Nová teorie vysvětluje chybějící neutrina a posiluje standardní model fyziky

Více než tři desetiletí mátla fyziky záhada chybějících neutrin v experimentech. Nová teoretická studie však naznačuje, že žádná záhada možná neexistuje.

Více než tři desetiletí mátla fyziky záhada chybějících neutrin v experimentech. Nová teoretická studie však naznačuje, že žádná záhada možná neexistuje. Místo náznaku nového typu částice by neočekávaný výsledek mohl pramenit z přehlédnutí ve výpočtech, což by potvrdilo zákony částicové fyziky namísto jejich zpochybňování.

Neutrina jsou nepolapitelné částice, které je obtížné detekovat a které mohou spontánně oscilovat mezi svými třemi typy. Od 90. let minulého století několik experimentů s detektory na bázi galia zjistilo přibližně o 20 procent méně neutrin, než se očekávalo. To vedlo k myšlenkám, že se některá neutrina proměnila v nový typ „sterilního“ neutrina, které interaguje s hmotou méně a uniká tak detekci. Pokud by tomu tak bylo, standardní model částicové fyziky, který shrnuje všechny existující částice a síly, by musel být upraven.

Matteo Cadeddu z italské Univerzity v Cagliari a jeho kolegové nyní navrhují, že takto drastický zásah nemusí být nutný. Jejich výpočty ukazují, že problém by mohl spočívat v matematickém modelování experimentů. Vše začalo, když se Cadeddu připravoval na výuku kurzu fyziky neutrin. Předvídal otázky studentů a znovu prošel všechny kroky výpočtů, které vedly k ustavení této „galliové anomálie“, a objevil detail, který byl dostatečně zajímavý, aby na něj upozornil několik kolegů.

V experimentech, když atom galia zasáhne neutrino, přemění se na atom germania a elektron. K počítání neutrin v detektoru na bázi galia vědci měří interakci mezi germaniem a elektronem a poté postupují zpětně. Až dosud se rutinně předpokládalo, že kvantové vlnové funkce elektronu a neutrina, které matematicky kódují jejich vlastnosti a chování, se nemění napříč jádrem transmutujícího atomu. Právě na tento detail se Cadeddu a jeho kolegové zaměřili. K jejich překvapení zjistili, že opuštění tohoto předpokladu by mohlo vysvětlit hlášený 20procentní deficit neutrin, vzhledem k určitým vlastnostem atomového jádra. „Nepotřebujeme přidávat novou částici ani novou interakci,“ říká Cadeddu.

Joachim Kopp z Univerzity Johannese Gutenberga v Mohuči v Německu označuje tento směr za „zajímavou stopu, která si zaslouží další studium“. Podle něj pokusy o rozšíření standardního modelu tak, aby odpovídal experimentům, vyžadují „opravdu bizarní a jemně vyladěné teoretické modely“, takže nová analýza je slibnější. Detaily jaderné struktury galia a germania by však musely být nezávisle změřeny nebo vypočítány, aby se záhada neutrin plně vyřešila. Ante Ravlić z Michiganské státní univerzity říká, že nová studie je krokem správným směrem. Očekává, že uvidí poměrně dost navazujících studií od jaderných fyziků, zejména proto, že neutrina netestují pouze standardní model, ale jsou také důležitá pro astrofyzikální procesy, jako jsou exploze masivních hvězd. Tým již pracuje na navazujících studiích s kolegy, kteří se specializují na pochopení jaderné struktury atomů, dodává Cadeddu. Nová práce může také ovlivnit budoucí experimenty s neutriny a pomoci jim přesněji hledat známky různých neutrin.