Egy egzotikus részecske, a neutrínó lehet a megfejtés kulcsa
A Koppenhágai Egyetem kutatói egy nagyléptékű antarktiszi kísérlet keretében próbálnak bizonyítékot találni a gravitáció kvantumszintű létezésére. Kérdéseikre a neutrínóktól, e rendkívüli részecskéktől várják a választ, amelyek háborítatlanul képesek áthatolni a világűr mélységein.
A kvantumgravitáció létezésének árulkodó jeleit a Déli-sark közelében egy négyzetkilométernyi területen elhelyezett több ezer detektor vizslatja. A detektorok a távoli űrből a Földre érkező neutrínókat, ezeket a különös, elektromosan semleges és csaknem tömeg nélküli elemi részecskéket hivatottak érzékelni. A Koppenhágai Egyetem Niels Bohr Intézetének munkatársai részt vettek annak a módszernek a kifejlesztésében, amely a neutrínók vizsgálatából származó adatokat használja fel a kvantumgravitáció hipotézisének ellenőrzésére.
Ha úgy van, ahogy hisszük, és a kvantumgravitáció valóban létezik, a létének bizonyítása elősegíti majd a fizika jelenleg különálló két nagy ágának az egyesítését. Ma a klasszikus fizika írja le a normális környezetünkben megfigyelhető jelenségeket, például a gravitációt, míg az atomi világot kizárólag a kvantummechanika segítségével tudjuk jellemezni.
Mégis változhat a változatlan – mi történik a neutrínókkal?
A tanulmány során megfigyelt neutrínók nem abba a legizgalmasabb fajtába tartoztak, amelyek a mélyűrben található távoli forrásokból érkeznek, hanem a Föld légkörében keletkeztek annak hatására, hogy az űrből bolygónkra záporozó nagy energiájú részecskék nitrogénnel vagy más molekulákkal ütköznek.
„A földi légkörből származó neutrínóknak a külső űrből érkező testvéreikhez képest megvan az a gyakorlati előnye, hogy lényegesen gyakoribbak. Módszertanunk validálásához nagy számú neutrínó megfigyelésére volt szükségünk. Ezzel most elkészültünk, így készen állunk a következő fázisra, amikor már csakugyan a távoli űrből származó neutrínókat fogjuk vizsgálni” – magyarázta Stuttard.
Az IceCube Neutrino Observatory (JégKocka Neutrínó Obszervatórium) az Antarktiszon található, közel az Amundsen-Scott Déli-sarki Állomáshoz. A legtöbb csillagászati és asztrofizikai megfigyelőállomással ellentétben az IceCube az égboltnak a vele átellenes, északi felét pásztázza. Míg ugyanis a neutrínók gond nélkül áthaladnak a bolygón, még annak forró és sűrű magván is, a többi részecskét a Föld kiszűri, ezért az északi félteke felől érkező neutrínókat remek jel-zaj arány mellett lehet megfigyelni.
Egy neutrínódetektor, amely 5160 optikai modulból áll, és egy gigatonnányi kristálytiszta jégbe van ágyazva egy mérfölddel a Déli-sark alatt. Fotó: IceCube Neutrino Observatory
Mivel a neutrínók nem rendelkeznek töltéssel, és tömegük is alig van, sem az elektromágneses mezők, sem az erős magerők nem zavarják őket, így több milliárd fényévet képesek utazni a világegyetemen át úgy, hogy állapotuk változatlan marad. A kulcskérdés az, hogy vajon tényleg teljesen változatlan marad-e a neutrínó, miközben ezeket az óriási távolságokat átszeli, vagy apró változások jeleit mégiscsak mutatja.
Ha a neutrínók állapota – amiképpen azt sejtjük – csekély mértékben mégis megváltozik, az az első komoly bizonyítékot szolgáltatná a kvantumgravitáció létezése mellett – hangsúlyozza Stuttard.
A cikk folytatódik és itt olvasható.
Címlapfotó: Az IceCube Neutrino Observatory épülete. / IceCube Neutrino Observatory
