W ubiegłym roku pracownicy Narodowego Laboratorium im. Enrica Fermiego zakończyli montaż nowego detektora SBND (Short Baseline Neutrino Near Detector). W lutym sprzęt rozpoczął pracę, a kilka dni temu amerykańscy fizycy ogłosili, że wśród uzyskanych danych, znaleziono pierwsze ślady neutrin.
Badania neutrin są zwykle kojarzone z majestatycznymi obserwatoriami w rodzaju japońskiego Super-Kamiokande, gdzie basen z 50 tysiącami ton czystej wody jest monitorowany przez 11 tysięcy fotopowielaczy. Powstaje jednak coraz więcej detektorów, które zamiast wielkich basenów z wodą, wykorzystują znacznie mniejsze zbiorniki wypełnione innymi substancjami.
Tą drogą poszedł Fermilab, który w ramach programu Short-Baseline Neutrino zaprojektował eksperymenty z udziałem trzech detektorów, uzbrojonych w komory z ciekłym argonem. Jądro argonu składa się z 40 nukleonów, co sprawia, że ewentualne interakcje z neutrinami będą częstsze, bardziej złożone i ciekawsze, niż reakcje z atomami budującymi molekuły wody.
- Short-Baseline Far Detector (ICARUS T600). Dysponuje największą komorą, mieszczącą 500 ton ciekłego wodoru. Rejestruje neutrina od 2021 roku.
- MicroBooNE. Najstarsze i najmniejsze obserwatorium, z komorą o pojemności 80 ton. Ostatnie eksperymenty zakończył w 2021 roku.
- Short-Baseline Near Detector. Uruchomiony w tym roku, zawiera 112 ton ciekłego argonu.
Urządzenia należące do SBN nie polują na neutrina kosmiczne (jak wspomniany Super-Kamiokande), lecz zajmują się wychwytywaniem cząstek emitowanych przez okoliczny akcelerator. Każdy z detektorów został przy tym umiejscowiony w nieco innej odległości od źródła. SBN znalazł się najbliżej – zaledwie 110 metrów od emitera – stąd mowa o bliskiej linii bazowej.
Celem fizyków z Fermilab pozostaje lepsze poznanie właściwości neutrin. W 2015 roku Arthur McDonald i Takaaki Kajita otrzymali Nagrodę Nobla za udowodnienie, że nieuchwytne cząstki oscylują, zmieniając tożsamość z neutrina elektronowego, na neutrino mionowe lub neutrino taonowe. Od jakiegoś czasu naukowcy podejrzewają jednak, że smaków neutrin może być więcej niż trzy, co sugerują różne, subtelne anomalie odnotowywane w poprzednich doświadczeniach.
Projekt SBN bada tę zagadkę, sprawdzając różnicę w zachowaniach neutrin o w różnych odległościach od źródła emisji. Jeżeli liczba neutrin danego rodzaju w ICARUS i nowym SBND, będą odbiegać od tego, co prognozuje model standardowy, będzie to kolejna ważna poszlaka.
Jedna z hipotez zakłada, że czwarty rodzaj neutrina ignoruje oddziaływanie słabe (pośredniczącego w rozpadach cząstek). “W przeciwieństwie do trzech znanych rodzajów neutrin, ten nowy rodzaj nie oddziaływałby poprzez oddziaływanie słabe” – tłumaczy Anne Schukraft z Fermilab – “Jedyny sposób, w jaki moglibyśmy je zobaczyć, to pomiar liczby neutrin mionowych, elektronowych oraz taonowych i sprawdzenie, czy sumują się tak, jak powinny”.
Notka prasowa First neutrinos detected at Fermilab short-baseline detector została zamieszczona na stronie Fermilabu.
