Studiu: Neutrino, particulele-fantomă care pot rescrie fizica Universului

Un nou studiu internaţional aduce lumină asupra unora dintre cele mai misterioase particule din cosmos - neutrino, „fantomele” materiei care traversează neobservate tot ce întâlnesc în cale. Trilioane dintre ele trec prin corpurile noastre în fiecare secundă fără a lăsa nicio urmă, iar oamenii de ştiinţă încă încearcă să le descifreze natura. Cercetarea, publicată în revista Nature, combină rezultatele a două dintre cele mai mari experimente din lume dedicate studiului neutrino, desfăşurate în Japonia şi Statele Unite, şi oferă date fără precedent privind structura şi masa acestor particule. Neutrino sunt cele mai abundente particule din Univers, dar şi printre cele mai enigmatice. Nu au sarcină electrică, sunt incredibil de uşoare - aproape lipsite de masă - şi interacţionează extrem de rar cu materia. Se formează în locuri de o intensitate cosmică uriaşă: în miezul Soarelui, în exploziile de supernove sau în procesele nucleare din interiorul stelelor. O proprietate esenţială a neutrino este capacitatea lor de a se transforma dintr-un tip în altul pe parcursul călătoriei - fenomen cunoscut sub numele de „oscilaţie a neutrino”. Acest comportament le diferenţiază de alte particule elementare, precum electronii sau protonii, şi ascunde indicii despre diferenţele dintre masele celor trei tipuri - numite poetic „arome” - de neutrino.

• Două experimente, un pas înainte

Cele două proiecte care au contribuit la noul studiu - T2K (Japonia) şi NOvA (SUA) - au urmărit oscilaţiile acestor particule pe distanţe uriaşe. Experimentul NOvA trimite un fascicul de neutrino de la Laboratorul Naţional Fermi, situat lângă Chicago, până la un detector aflat la peste 800 de kilometri, în Minnesota.

Experimentul T2K transmite neutrino prin scoarţa terestră pe o distanţă de 295 de kilometri, din oraşul japonez Tokai până la detectorul de la Kamioka. Deşi folosesc tehnologii şi energii diferite, ambele au acelaşi scop: să măsoare cu precizie cum se schimbă neutrino în timpul călătoriei lor. Prin combinarea datelor obţinute de-a lungul unui deceniu, cercetătorii au reuşit să stabilească diferenţele de masă dintre două dintre cele trei tipuri de neutrino cu o acurateţe fără precedent - o incertitudine de mai puţin de 2%. „La prima vedere, existau semne de întrebare privind compatibilitatea rezultatelor T2K şi NOvA. Am aflat că sunt, de fapt, extrem de compatibile”, a explicat fizicianul Kendall Mahn, de la Universitatea de Stat din Michigan.

• Cheia marilor întrebări cosmice

De ce sunt atât de importante aceste descoperiri? Pentru că neutrino ar putea deţine răspunsurile la unele dintre cele mai profunde mistere din fizică: de ce există materie în Univers, ce s-a întâmplat cu antimateria şi care este natura materiei şi energiei întunecate. „Această cercetare ne apropie de înţelegerea motivului pentru care Universul este alcătuit din materie şi nu s-a anihilat complet la momentul Big Bang-ului”, a spus Zoya Vallari, fizician la Universitatea de Stat din Ohio şi membru al echipei NOvA. Dacă neutrino şi omologii lor, antineutrino, se comportă diferit, această asimetrie ar putea explica de ce materia a „câştigat” lupta cosmică împotriva antimateriei.

• O nouă eră a fizicii particulelor

Rezultatele T2K şi NOvA marchează un pas esenţial înaintea unei noi generaţii de experimente uriaşe aflate în construcţie: DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment), proiect coordonat de Fermilab în SUA, care va conecta laboratoarele din Illinois şi Dakota de Sud; Hyper-Kamiokande, în prefectura Gifu din Japonia, succesorul legendarului detector Super-Kamiokande; JUNO, în China, menit să studieze structura de masă a neutrino cu o precizie fără precedent.

În paralel, telescoape subacvatice sau subglaciare precum KM3NeT şi IceCube caută neutrino proveniţi din spaţiul cosmic îndepărtat, pentru a observa fenomenele cele mai violente din Univers. „Neutrino au proprietăţi unice şi încă învăţăm multe despre ele”, a concluzionat Kendall Mahn.