Τα δεδομένα από τα επόμενα πειράματα του LHC θα μπορούσαν να αποκαλύψουν τη φύση των νετρίνων

Ένα ερώτημα, εδώ και πολλά χρόνια, είναι εάν το νετρίνο είναι αντισωμάτιο του εαυτού του. Θεωρητική μελέτη υποστηρίζει ότι αυτό το ερώτημα μπορεί να απαντηθεί με την εξέταση των διασπάσεων των μποζόνιων W.

Όπως αναγνωρίστηκε ήδη από το φετινό Βραβείο Νόμπελ Φυσικής, τα στοιχεία δείχνουν ότι τα νετρίνα έχουν μάζα. Αλλά αυτό γεννάει νέα ερωτήματα σχετικά με το γιατί η μάζα των νετρίνων είναι τόσο πολύ μικρότερη από τις μάζες των άλλων σωματίων. Μια λύση είναι να υποθέσουμε ότι το νετρίνο είναι ένα διαφορετικό είδος σωματίου, ένα που το ίδιο είναι και το αντισωμάτιό του. Μια νέα θεωρητική μελέτη δείχνει ότι παρατηρήσεις των διασπάσεων του μποζόνιου W στο Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC), στη Γενεύη, θα μπορούσαν ενδεχωμένως να αποκαλύψουν την αντισωματιδιακή φύση του νετρίνο.

Τα ηλεκτρόνια, τα πρωτόνια, και τα άλλα φερμιόνια είναι σωμάτια Dirac, που σημαίνει ότι έχουν ένα ξεχωριστό αντισωμάτιο με την ίδια μάζα, αλλά με αντίθετο φορτίο. Τα νετρίνα θα μπορούσαν να είναι τα σωμάτια Dirac, αλλά επειδή δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο, θα μπορούσαν επίσης να είναι σωμάτια Majorana, για τα οποία σωμάτιο και αντισωμάτιο είναι το ίδιο πράγμα. Τέτοια μοντέλα Majorana είναι ελκυστικά, επειδή προσφέρουν μια αρκετά φυσική εξήγηση για την εξαιρετικά μικρή μάζα του νετρίνου.

Σε πειράματα με τα οποία ερευνώνται εξαιρετικά σπάνιες πυρηνικές διασπάσεις γίνεται προσπάθεια να ανιχνευθεί μια πιθανή υπογραφή του νετρίνου που να δείχνει αν είναι σωμάτιο Majorana ή Dirac. Για να διευρύνουν την έρευνα, ο Claudio Dib από το Πανεπιστήμιο Santa María, στη Χιλή και ο Choong Sun Kim από το Πανεπιστήμιο Yonsei, στην Κορέα, προτείνουν να ερευνηθούν οι διασπάσεις του μποζόνιου W.

Εξέτασαν διασπάσεις που δίνουν αποτέλεσμα συγκεκριμένους συνδυασμούς ηλεκτρονίων, μιονίων και νετρίνα. Αυτές οι διασπάσεις πρέπει ακόμη να παρατηρηθούν, αλλά προβλέπονται σε θεωρίες που αφορούν τα υποθετικά άγονα νετρίνα (1). Λαμβάνοντας υπόψη τα τρέχοντα όρια στην ύπαρξη των άγονων νετρίνων, η ομάδα προβλέπει ότι τα επόμενα πειράματα στον LHC θα μπορούσαν να παράγουν μερικές χιλιάδες από τις επιθυμητές διασπάσεις του μποζόνιου W. Εάν αυτός ο υπολογισμός είναι σωστός, τότε οι φυσικοί θα πρέπει να είναι σε θέση να διακρίνουν τα νετρίνα Majorana από τα Dirac από το σχήμα του ενεργειακού φάσματος των εξερχόμενων μιονίων.

Πηγή: APS

Περισσότερα στη μελέτη: Discovering sterile neutrinos lighter than MW at the LHC, Phys. Rev. D 92, Published 18 November 2015

Σημειώσεις:

(1) Τα άγονα νετρίνα είναι υποθετικά σωμάτια που αλληλεπιδρούν μόνο μέσω της βαρυτικής αλληλεπίδρασης και όχι με τις αλληλεπιδράσεις που συγκροτούν το Καθιερωμένο Πρότυπο (Standard Model). Ο όρος προσδιορίζει τη διαφοροποίηση αυτού του τύπου των νετρίνων από τα ενεργά νετρίνα (active neutrinos) του Καθιερωμένου Προτύπου.