İster sınırlı alan ister sınırlı ekonomi nedeniyle, Dünya’da ne kadar büyük parçacık çarpıştırıcıları inşa edebileceğimizin bir sınırı var. Boyut, parçacık çarpıştırıcılarının enerji çıkışına eşdeğer olduğundan, bu aynı zamanda onları ne kadar enerjik hale getirebileceğimizin de bir sınırı olduğu anlamına gelir. Ve yine, parçacık fiziğinin standart modelinin (BSM) ötesine geçen teorileri test etmek için yüksek enerjiler gerektiğinden, bu, yeterince büyük bir çarpıştırıcı inşa edene kadar bu teorileri doğrulama yeteneğimizin sınırlı olacağı anlamına geliyor.
Ancak Wisconsin Üniversitesi’nden Yang Bai liderliğindeki bir bilim insanı ekibi, daha iyi bir fikirleri olabileceğini düşünüyor: Halihazırda mevcut olan nötrino dedektörlerini, LHC’nin kapasitesinin çok ötesinde enerjilere ulaşabilecek büyük ölçekli bir parçacık çarpıştırıcısı olarak kullanmak. Bulgular şu adreste yayınlanıyor: arXiv ön baskı sunucusu.
Nötrinolar nesnelerle çok zayıf etkileşime girmeleriyle ünlüdür; siz bu cümleyi okurken içinizden trilyonlarca nötrino geçiyor. Bununla birlikte, önlerine yeterince madde koyarsanız, sonunda özel birkaç madde doğrudan bir protona veya elektrona çarpacaktır. Nötrinonun çarptığı ortamda genellikle ışıktan daha hızlı giden sonuçta ortaya çıkan parçacık spreyi, Çerenkov radyasyonu olarak bilinen bir ışık yaratır. Ama aslında Çerenkov radyasyonuna neden olan şey, esasen dev bir parçacık çarpıştırıcısının yarattığı parçacıklardır.
Nötrino dedektörlerini zaten kasıtlı olarak dev buz bloklarından veya su fıçılarından yapıyoruz. Geleneksel dedektörlerde, şeffaf malzemeden oluşan bu devasa alanlar, herhangi bir başıboş Çerenkov radyasyonunu sadece bir foton kaynağı olarak toplayan fotodetektörlerle çevrilidir. Antarktika’daki IceCube, Akdeniz’deki KM3NeT ve Baykal Gölü’ndeki Baykal-GV projeleri (şimdiye kadarki en güçlü projelerden biri olan ve şu anda çevrimiçi olan Jiangmen, Çin’deki JUNO), bu ışık algılama göz önünde bulundurularak tasarlandı. Ancak Dr. Bai ve meslektaşları daha fazlasını yapabileceklerini düşünüyor.
Bu devasa laboratuvarların Büyük Nötrino Çarpıştırıcısı olarak kullanılmasını öneriyorlar (LvC—v, parçacık fiziğinde bir nötrino için kullanılan semboldür). Bu dedektörlerde iki tür nötrino etkileşim olayı vardır: “izler” ve “duşlar”. Makale, bir nötrino bir müonla etkileşime girdiğinde meydana gelen ve kolayca analiz edilebilecek net ışık “izleri” oluşturan “iz” olaylarına odaklanıyor. Öte yandan “sağanak yağışlar”, diğer reaksiyon türlerinden kaynaklanır ve analiz edilmesi çok daha zor olan küresel ışık patlamaları olarak ortaya çıkar.
Daha da önemlisi, iz olaylarının birçoğuna, yakın zamanda KM3NeT’de tespit edilene benzer şekilde, 220 peta-elektron volta kadar enerji açığa çıkarabilen Ultra Yüksek Enerjili nötrinolar neden oluyor. Bu, LHC’nin şu anda çarpışmalarıyla üretebileceği enerjinin neredeyse 16.000 katıdır.
Bu yüksek enerji alanında çalışmak, fizikçilerin standart modelin ötesine geçen yeni parçacıkları görmesine olanak tanıyacak. Özellikle, hem gluonlar gibi “renkli” olan, hem de leptonlarla etkileşime giren ve leptonlarla gluonların aynı malzemeden yapıldığını teorileştiren “bileşik” modellerin parçası olan, Leptogluon adı verilen bir parçacık türü vardır. Bunlar ideal bir hedeftir çünkü teorik olarak çok ağırdırlar ancak LvC kullanılarak çok etkili bir şekilde tespit edilebilirler, özellikle de yakında çevrimiçi olabilecek daha büyük versiyonlar.
Ne yazık ki yazarlar, diğer birçok etkileşim türü için LvC’nin LHC’nin yapabilecekleriyle aynı seviyede olduğunu veya hatta gerisinde kaldığını da hesapladılar. Bazı Büyük Birleşik Teorilerin öne sürdüğü parçacıklardan biri olan leptokuarkları ararken LvC, LHC ile “karşılaştırılabilir” olacaktır, ancak yeni ağır vektör bozonları arayışında LHC ile bu haliyle rekabet bile edemez.
Tüm söylenenlerle birlikte, halihazırda var olan bir fizik altyapısının yeni ve ilginç tespit çalışmaları yapmak üzere yeniden kullanılması umut verici görünüyor. Tespit alanını genişleten ve dolayısıyla LvC’nin yeteneklerini artıracak birkaç yeni nesil nötrino dedektörü var. Ama şimdilik hala çizim masasındalar.
Belki bu makale, tasarımcılarına, bu büyüleyici deneylerden gerçekten en iyi şekilde yararlanmak için fotodetektörlerin yanına bazı parçacık algılama ekipmanlarını da dahil etmeyi düşünmeleri konusunda ilham verecektir.
