שיתוף פעולה בין שני ניסויי נייטרינו מובילים, NOVA בארה״ב ו-T2K ביפן, מצייר את התמונה המדויקת ביותר עד כה של תנודות נייטרינו – ועשוי להתקרב להסבר מדוע היקום מלא בחומר ולא הושמד על ידי אנטי-חומר.
מחקר גלובלי חדש חושף התנהגות מפתיעה בחלקיקים הכי חמקמקים של היקום, שרומזת על תשובות מדוע היקום בכלל קיים.
מחקרים משותפים מתמקדים בחשיפת התכונות הלא רגילות של חלקיק הרפאים
במחקר מהזמן האחרון, מדענים יצרו את ההשקפה הכי ברורה ומפורטת עד כה איך חלקיקי נייטרינו משנים את ה"טעם" שלהם כשהם נעים בחלל.
נייטרינו הם מאבני הבניין הבסיסיות של היקום, אבל הם עדיין מהחלקיקים שהכי קשה לחקור. הם עוברים ללא מאמץ דרך חומר, ולכן כמעט בלתי אפשרי לגלות אותם. למרות שדברים רבים עליהם עדיין לא ידועים, מדענים זיהו שלושה סוגים נפרדים של נייטרינו: אלקטרוני, מיואוני וטאואוני.
הבנת הזהויות השונות האלה יכולה לעזור למדענים לדעת יותר על המסות של נייטרינו ולענות על שאלות חשובות לגבי התפתחות היקום, כולל מדוע החומר הפך לדומיננטי על האנטי-חומר ביקום המוקדם, אמרה המרצה הבכירה זויה ואלארי.
"הסיבה שנייטרינו הם ממש, ממש כיף היא שהם משנים את הטעמים שלהם", אמרה. "תארו לעצמכם שאתם מקבלים גלידה שוקולד, הולכים ברחוב ופתאום היא נהפכת לווניל, וכל פעם שהגלידה נעה, היא משתנה שוב".
המדע שמאחורי תנודות נייטרינו
התהליך הזה, שנקרא תנודות נייטרינו, מתרחש בנייטרינו שנוצרים באופן טבעי וגם באלה שמדענים יוצרים בתנאי מעבדה. כדי לחקור את ההתנהגות המדהימה הזאת של שינויי צורה, מדענים משני פרויקטים, NovA בארה"ב ו-T2K ביפן, שיתפו פעולה. הם כיוונו אלומות של חלקיקי נייטרינו על פני מאות קילומטרים, ועקבו איך ה"טעם" שלהם השתנה לאורך הדרך.
המטרות המדעיות של NovA ו-T2K דומות, אבל הגישות שונות. בניסוי של NovA שולחים קרן של נייטרינו מיואוניים ממעבדת מאיץ פרמי ליד שיקאגו אל גלאי מרוחק בנהר אש במינסוטה. T2K משגרים את קרן הנייטרינו המיואוניים שלהם מהחוף המזרחי של יפן ומודדים אותה בגלאי הנמצא בהרים של מערב יפן.
"המטרות שלנו דומות, אבל ההבדלים בתכנון הניסויים מוסיפים עוד מידע כשאנו משלבים את הנתונים שלנו, כי הסכום גדול מחלקיו", אמרה ואלארי.
מחפשים רמזים מעבר למודל הסטנדרטי
המחקר הזה מתבסס על עבודה קודמת שבה מצאו הבדלים זעירים, אבל עדיין מאוד משמעותיים, במסת הנייטרינו של כל סוג, אבל החוקרים חיפשו רמזים עמוקים יותר שנייטרינו פועלים מחוץ לחוקי הפיזיקה הסטנדרטיים. אחת השאלות האלה היא האם נייטרינו ומקבילי האנטי-חומר שלהם מתנהגים באופן שונה, תופעה שנקראת שבירת מטען-זוגיות (CP). אם נתונים עתידיים יאשרו שכך הדבר, החוקרים יהיו קרובים יותר לגלות איך היקום נעשה ברובו חומר, ולא הושמד על ידי אנטי-חומר אחרי המפץ הגדול.
הממצאים האלה לא מספקים תשובה מוחלטת על התפקיד של הנייטרינו במארג של היקום, אבל מוסיפים לידע המדעי עליהם.
"התוצאות שלנו מראות שצריך עוד נתונים כדי שנוכל לתת תשובה משמעותית על השאלות היסודיות האלה", אומרת ואלארי. "לכן החשיבות של בניית הדור הבא של הניסויים".
לפי המחקר, שילוב תוצאות שני הניסויים איפשר לחוקרים להבין לעומק את שאלות הפיזיקה הדוחקות האלה מזוויות שונות, כי לשני ניסויים עם קווי בסיס ואנרגיות שונים יש סיכוי טוב יותר לענות עליהן מניסוי אחד לבדו.
