Kula, która widzi duchy. Neutrina podają pierwsze sekrety
JUNO to największy detektor neutrin nowej generacji. Pierwsze zebrane przy jego pomocy dane mogą rewolucjonizować fizykę cząstek elementarnych.
W głębi chińskiego laboratorium w Jiangmen rozpoczęła się właśnie nowa era badań nad neutrinami. Po latach budowy i testów detektor JUNO – jedno z najczulszych urządzeń do badania cząstek elementarnych na świecie – działa już pełną parą i właśnie dostarczył pierwszych wyników.
To naprawdę wielki krok dla międzynarodowego zespołu składającego się z ponad 700 naukowców z 74 instytucji w 17 krajach, który od ponad dekady pracował nad stworzeniem tego podziemnego obserwatorium. Zaledwie po 59 dniach działania JUNO wykazał, że jest w stanie mierzyć właściwości neutrin z precyzją, jakiej nie osiągnął dotąd żaden inny eksperyment.
Najczulsza kula świata rusza do pracy
W samym sercu eksperymentu znajduje się akrylowa kula o średnicy 35 m, wypełniona 20 tys. ton ciekłego scyntylatora – substancji, która emituje światło po zderzeniu z cząstkami. Tę ogromną kapsułę otacza ponad 45 tys. fotopowielaczy, które rejestrują nawet najsłabsze błyski powstające w wyniku oddziaływania neutrin z cząstkami materii. Całość zanurzona jest w basenie z wodnym o głębokości 44 m, chroniącej przed zakłóceniami z zewnątrz i pozwalającej wychwytywać przechodzące miony kosmiczne.
Duchy fizyki na celowniku
Neutrina, zwane często cząstkami widmo, to niemal pozbawione masy i ładunku cząstki, które praktycznie nie wchodzą w interakcje z materią. Codziennie biliony z nich przelatują przez nasze ciała, a my nawet tego nie zauważamy. Mimo że ich istnienie zostało potwierdzone, wciąż wiemy o nich zaskakująco niewiele. JUNO został zaprojektowany tak, by z niespotykaną dotąd precyzją mierzyć te oscylacje i odpowiedzieć na fundamentalne pytania o strukturę materii.
Już na podstawie danych z zaledwie 59 dni działania, naukowcy zmierzyli dwa kluczowe parametry oscylacji neutrin – θ₁₂ i Δm²₂₁ – z dokładnością 1,6 razy większą niż wszystkie dotychczasowe eksperymenty razem wzięte. To niesamowite osiągnięcie, biorąc pod uwagę, że poprzednie badania opierały się głównie na neutrinach słonecznych, podczas gdy JUNO używał antyneutrin z reaktorów jądrowych.
Potwierdzony konflikt danych
Osiągnięta przez JUNO precyzja umożliwiła również potwierdzenie znanej już rozbieżności pomiarowej między wynikami eksperymentów słonecznych a reaktorowych na poziomie 1,5 sigma. Choć wcześniej traktowano ją jako możliwy przypadek statystyczny, teraz zyskuje ona na znaczeniu jako potencjalny sygnał nieznanej jeszcze fizyki.
Jak zapowiedzieli badacze z zespołu JUNO, detektor już niebawem umożliwi rozstrzygnięcie, jak uporządkowane są masy neutrin – czy najlżejsze z nich to to, które powstaje w Słońcu, czy raczej w reaktorach. To niezwykle ważna kwestia dla teorii unifikujących prawa fizyki i dla kosmologii.
Przyszłość wypełniona światłem
Detektor JUNO nie powiedział jeszcze ostatniego słowa, a raczej dopiero pierwsze. Obecnie projekt zakłada się, że eksperyment będzie prowadzony przez co najmniej 30 lat, z możliwością dalszych modernizacji. W tym czasie obserwatorium ma badać nie tylko neutrina reaktorowe, ale również te pochodzące z wnętrza Ziemi (geoneutrina), atmosfery, a nawet z odległych eksplozji supernowych. Dzięki odpowiednim modyfikacjom JUNO może też stać się jednym z najczulszych urządzeń do poszukiwania tzw. neutrin Majorany – hipotetycznych cząstek, które są jednocześnie swoimi własnymi antycząstkami.
Przeczytaj także:
Współtwórcy eksperymentu, m.in. zespoły z Niemiec, Francji i Włoch, podkreślają, że sukces JUNO to efekt synergii międzynarodowej wiedzy, doświadczenia i nieustępliwości. Dzięki precyzji i skali, jaką oferuje, może dostarczyć odpowiedzi na pytania, które dotąd pozostawały poza zasięgiem nauki. I być może ujawnić, że neutrina, skrywają jeszcze więcej niespodzianek, niż sądzimy.
*Źródło zdjęcia wprowadzającego: JUNO Collaboration
