Gizemli nötrinoyu tespit etmeyi amaçlayan çeşitli deneylerin analizi, parçacık fiziğinin standart modelinde bir çatlağın ipucunu tespit etti
Nötrinolar nadiren normal maddeyle etkileşime girer
Nötrinolar olarak bilinen hayalet parçacıklar, evrendeki tüm parçacıklara ve kuvvetlere ilişkin anlayışımızda bir çatlak ortaya çıkarmış olabilir.
Var olduğunu bildiğimiz tüm parçacıkları ve kuvvetleri listeleyen standart parçacık fiziği modeli, modern fiziğin en büyük başarılarından biridir, ancak fizikçiler de onu kırmak için onlarca yıl harcadılar. Bunun nedeni, araştırmacıların daha iyi başka bir model formüle etmeleri gerektiğinden şüphelenmelerini sağlayacak kadar kusurunun olması (özellikle yerçekimini diğer üç temel kuvvetten hiçbirine bağlamaması).
Standart model stres testi altında çatlarsa bu, bir sonraki modeli oluşturmaya nereden başlamamız gerektiğine işaret eder. Cagliari’deki İtalyan Ulusal Nükleer Fizik Enstitüsü’nden (INFN) Francesca Dordei ve meslektaşları, gizemli nötrinoyu inceleyerek olası bir çatlak belirlediler.
Dordei, “Son yirmi yıldır yaptığımız (standart modele ait) tüm kontrollerde, her defasında inatla standart modeli doğruladılar, bu da daha kesin sonuçlara gitmemiz gerektiği anlamına geliyor. Bu anlamda nötrinolar özel parçacıklardır” diyor Dordei.
Birincisi, nötrinoların inanılmaz derecede küçük kütleleri var; o kadar küçük ki fizikçiler bir zamanlar onların kütlesiz olduğunu düşünüyorlardı. Dahası, zayıf bir şekilde etkileşime giriyorlar, bu da küçük hayaletler gibi nesnelerin ve bedenlerin içinden fark edilmeden geçtikleri anlamına geliyor. Ancak dikkatli bir çalışma, nötrinoların katıldığı ve yük yarıçapı adı verilen bir sayıyla ölçülebilen bazı küçük elektromanyetik etkileşimlerin yerini belirledi. Nötrinolar ayrıca zayıf nükleer kuvvet aracılığıyla diğer parçacıklarla da etkileşime girebilir.
Dordei ve meslektaşları, son yıllarda bu bulunması zor parçacıkların işaretlerini arayan birçok deneyde, bu etkileşimin ayrıntılarını ve nötrinoların yük yarıçapını incelediler. Örneğin, nükleer reaktörlerde, parçacık hızlandırıcılarda ve güneş içindeki füzyon süreçlerinde oluşturulan nötrinoların gözlemlerinden elde edilen verileri birleştirdiler. Ekip ayrıca karanlık madde (kozmosa nüfuz eden gizemli madde) için yapılmış bazı dedektörlerin nötrinolara da duyarlı olmasından da yararlandı.
Yine INFN’den ekip üyesi Nicola Cargioli, tüm bu verileri bir araya getirmenin zor olduğunu ancak nötrinolar hakkında bildiğimiz her şeye güçlü bir genel bakış sağladığını söylüyor. Projede de çalışmış olan İtalya’nın L’Aquila kentindeki Gran Sasso Bilim Enstitüsü’nden Christoph Ternes, “Temelde tüm verileri kullandık (var)” diyor.
Nötrinoların yük yarıçapının değeri standart modelin tahminlerinden sapmadı ancak araştırmacılar, parçacığın zayıf etkileşimlerine baktıklarında daha heyecan verici bir şey buldular. Burada bir “matematiksel yozlaşma” tespit ettiler; bu, hem standart modelin hem de biraz farklı bir modelin aynı gözlemleri üretebileceği anlamına geliyor. Çarpıcı bir şekilde, daha ileri analizler, standart modele alternatif olan bu alternatifin verilere biraz daha iyi uyabileceğini gösterdi; bu da muhtemelen parçacık fiziği konusundaki mevcut anlayışımızda uzun süredir aranan çatlağı gösteriyor.
Yeni analiz istatistiksel olarak kesin bir keşif düzeyine ulaşmıyor ve araştırmacılar bunu standart modelin nötrinolarla stres testine tabi tutulmasında ilk adım olarak görüyorlar. Önümüzdeki birkaç yıl içinde yeni dedektörler kullanıma sunuldukça mevcut sonuçlara ağırlık katabilecek veya ortadan kaldırabilecek daha fazla veri elde etmeyi umuyorlar. Ancak bu çatlak gelecekte de devam ederse ciddi sonuçlar doğurabilir.
Cargioli, “Eğer bir çatlak bulursak her şeyi yeniden düşünmek zorunda kalabiliriz” diyor. Örneğin, standart modelin ötesine geçen yeni bir model, nötrinolarla etkileşimi ekibin çalışmasındaki analizle eşleşecek tamamen yeni bazı parçacık türlerini içerebilir.
Meksika’daki Ulusal Politeknik Enstitüsü Araştırma ve İleri Araştırmalar Merkezi’nden Omar Miranda, yeni çalışmadaki verilerin çoğunda olduğu gibi, nötrinoların etkileşimlerini özellikle çok düşük enerjide ölçmenin çok zorlu olduğunu ve karanlık madde dedektörleri de dahil olmak üzere dedektör teknolojisindeki ilerlemeler sayesinde ancak yakın zamanda mümkün hale geldiğini söylüyor. Bunun, standart modelin bir testi olarak nötrino tespitinin önemini gerçekten vurguladığını söylüyor.
İspanya’daki Valensiya Üniversitesi’nden José Valle, yeni analizin gelecekte farklı ortamlarda nötrinolarla daha ultra hassas deneyler için parçacık fizikçilerine bir çağrı sunduğunu söylüyor. Nötrinoların elektromanyetik özelliklerinin daha iyi ölçümlerinin hala gerekli olduğunu, çünkü bunların örneğin nötrinoların iç yapısına ışık tutacağını söylüyor.
