Anomálie v měření jaderného reaktoru není způsobena novou částicí

Neutrina jsou možná nejpodivnější částice, jaké známe. Je mnohem, mnohem lehčí než jakákoli jiná částice hmoty a s jinou hmotou interaguje pouze prostřednictvím slabé síly – což znamená, že téměř s ničím neinteraguje. Byly identifikovány tři typy (nebo příchutě) neutrin a žádná jednotlivá částice nemá pevnou identitu. Alternativně může být viděn jako kvantitativní superpozice všech tří chutí a bude oscilovat mezi těmito identitami.

Jako by to všechno nestačilo, soubor podivných měření naznačil, že by mohl existovat čtvrtý typ neutrin, které neinteraguje ani prostřednictvím slabé síly, což znemožňuje detekci. Tato „sterilní neutrina“ by mohla vysvětlit malé hmotnosti jiných neutrin, stejně jako přítomnost temné hmoty, ale vše, co „není možné detekovat“, ztěžuje jejich přítomnost přímo.

Nejsilnější náznaky jejich existence pocházejí z podivných výsledků měření v experimentech s jinými příchutěmi neutrin. Nová studie však dnes vylučuje sterilní neutrina jako vysvětlení jedné takové anomálie – dokonce ujišťuje, že anomálie jsou skutečné.

Neodhalitelný objev

Přítomnost částic můžeme detekovat dvěma způsoby: buď interagují s jinou látkou přímo, nebo se rozpadají na jednu nebo více částic. To je to, co dělá sterilní neutrina nedetekovatelnými. Jsou to základní částice a neměly by se na nic rozkládat. S jinou hmotou také interagují pouze gravitací a jejich nízké hmotnosti znemožňují detekci touto cestou.

Místo toho je můžeme detekovat prostřednictvím oscilací neutrin. Mohli byste nastavit experiment, který produkuje určitý typ neutrin známou rychlostí, a pak se pokusit tato neutrina detekovat. Pokud by existovala sterilní neutrina, některá z jimi produkovaných neutrin by oscilovala v této identitě, a tudíž by nebyla detekována. Takže nakonec naměříte méně neutrin, než byste čekali.

Přesně to se stávalo v jaderných reaktorech. Jedním z produktů radioaktivního rozpadu (který je poháněn slabou silou) jsou neutrina, takže jaderné reaktory produkují velké množství těchto částic. Měření pomocí detektorů umístěných poblíž však zachytilo asi o 6 procent méně neutrin, než se očekávalo. Rychlá oscilace ve sterilních neutrinech by mohla vysvětlit tento rozpor.

Ale tyto zkušenosti jsou opravdu těžké. Neutrina zřídka interagují s detektory, takže je zaznamenán pouze zlomek z vytvořených neutrin. A jaderné reaktory jsou neuvěřitelně složitá prostředí. I když začnete s čistým vzorkem jediného radioaktivního izotopu, rozpad rychle změní věci na složitou směs nových prvků, z nichž některé jsou radioaktivní a některé ne. Emitované neutrony mohou také přeměnit zařízení reaktoru na nové izotopy, které mohou být radioaktivní. Proto je obtížné přesně vědět, kolik neutrin produkujete, a přesný zlomek vyrobených neutrin, který váš detektor zaznamená.

Ze všech těchto důvodů je obtížné si být jisti, že jakékoli anomálie v měření neutrin jsou skutečné. Fyzikové mají tendenci zaujmout vyčkávací postoj k náznakům, že se děje něco divného.