ΝΕΤΡΙΝΩΝ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΣΕΙΣ

Αποτελέσματα από ένα ιαπωνικό πείραμα που ονομάζεται T2K έχουν προσθέσει ένα επιπλεον είδος μεταμορφωσεως νετρινων στον καταλογο των παρατηρηθεντων ειδών - την μεταμόρφωση των νετρίνων μυονίου σε νετρίνα ηλεκτρονίου. Το T2K παράγει νετρίνα μυονίου στον επιταχυντή J-PARC στο Tokai, στην Ανατολικη ακτη της Ιαπωνιας, και τα αποστέλλει σε δεσμη στοχευμενα στον ανιχνευτή νετρίνων Super-Kamiokande, ευρισκομενο σε μεγαλο βαθος σε παλαιο ορυχειο στην Kamioka, 295 χιλιόμετρα μακριά, στην Δυτικη ακτη. Αρχισε την λειτουργία του τον Φεβρουάριο του 2010 και διεκοψε την συλλογή στοιχείων τον Μάρτιο, όταν η Ιαπωνία συνεκλονίσθη από τον μεγεθους 9,3 μεγασεισμο.
Την Τετάρτη 15η Ιουνιου, η ομάδα ανεκοίνωσε ότι 6 από τα 88 νετρίνα μυονίου που ανεχωρησαν απο τον J-PARC φαίνεται να έχουν μετατραπεί σε νετρίνα ηλεκτρονίου κατα την διαδρομη των προς τον Super-Kamiokande, όπου και ενετοπίσθησαν. Είναι η πρώτη φορά που παρετηρηθησαν νετρίνα ηλεκτρονίου σε μια δεσμη σωματιδίων που εξεπεμφθησαν ως νετρίνα μυονίου. Συμφωνα με τον εκπρόσωπο του Τ2Κ Takashi Kobayashi, μελους του Εθνικου Εργαστηριου Φυσικής Σωματιδιων της Ιαπωνιας, η παρατηρηση επιβεβαιωνει την πληροτητα του πειραματικού σχεδιασμού. Η πειραματικη διαταξη εχει φθασει μονον το 2% των δυνατοτητων συλλογης δεδομενων, και ομως επετυχε να γινει το πλεον ευαισθητο πειραμα ανιχνευσεως των μεταμορφωσεων νετρινων. Ωστόσο, το αποτέλεσμα δεν θεωρειται ακομη αντιπροσωπευτικο, λόγω του μικρού αριθμού των συμβαντων που παρετηρήθησαν και λόγω της δυνατότητας - που θεωρειται σπάνια - ότι τα νετρίνα μυονίου θα μπορούσαν εσφαλμένως να ταυτοποιηθουν, προ της αποστολης των, ως νετρίνα ηλεκτρονίου. Ακόμα, λένε οι ερευνητές, πειραματικά λάθη θα επρεπε να δώσουν μόνο 1,5 ψευδή γεγονότα στην ποσότητα των δεδομένων που αναλύονται. Υπάρχει μόνο 0,7 % πιθανότητα να παράξουν 6 ψευδή γεγονότα.
Οι ταλαντωσεις μεταμορφωσεων φαίνεται να συμβαίνουν με αρκετα υψηλο ρυθμο. Αυτό σημαίνει ότι οι ερευνητές θα είναι εις θέση να συγκεντρώσουν γρήγορα περισσότερα συμβάντα - μολις το πείραμα εκκινησει και λειτουργησει παλιν. Ο σεισμός κατεστρεψε την γεωμετρια και τις ευθυγραμμισεις του επιταχυντη νετρινων. Οι ερευνητές ελπίζουν να επανεκκινήσουν το πείραμα στο τέλος του έτους, μετά τις αναγκαιες επαναρρυθμισεις. Οι Ιαπωνες ενδεχομενως επαναλαβουν τελικως το πείραμα με αποστολη μια δεσμης αντινετρινων μυονίου, ωστε να εξακριβωθει αν η συμπεριφορά των διαφέρει από αυτην των νετρινων. Εαν υπαρχει δηλαδη συμμετρια υλης-αντιυλης και στην συμπεριφορα νετρινων. Εάν ευρεθουν διαφορές, θα μπορούσαν να βοηθήσουν να εξηγηθει ο λογος για τον οποιο υπάρχει μια υπεροχή της ύλης στο Σύμπαν. Συμφωνως με ο,τι αναμενεται απο την θεωρία, ύλη και η αντιύλη υπηρξαν σε ισομεγεθεις ποσότητες κατα την γενεση του Σύμπαντος. Για άγνωστους λόγους, η υλη επεκράτησε μετα ελαχιστο χρονο, χαρις σε πιθανη εξαλειψη της συμμετριας των δυο. Αντιδράσεις που περιλαμβάνουν τα νετρίνα και αντινετρίνα στο πρώιμο Σύμπαν θα μπορούσαν να έχουν ωδηγησει σε ασύμμετρη αναλογία ύλης και αντιύλης, με αποτέλεσμα η ύλη να κυριαρχεί στο Σύμπαν μας, μετα την αμοιβαια εξαύλωση ισων ποσοτητων υλης-αντιύλης. "Χρειάζονται κάποιοι νέοι νόμοι της Φυσικής που δεν είναι οι ίδιοι για την ύλη και την αντιύλη, και η Φυσική των Νετρίνων είναι το πεδίο, οπου θα μπορούσαν να διαπιστωθουν αυτοί οι νόμοι», λέει ο David Wark του Imperial College του Λονδίνου, ο οποίος είναι μέλος της συνεργασίας T2K. Στις ΗΠΑ το πείραμα MiniBooNE εδωσε προσφάτως νύξεις για μια αναλογη μεταμορφωση αντιύλης με αυτην της ταλαντωσεως που παρετηρηθη στό T2K. Στο MiniBooNE ευρέθησαν ενδείξεις ότι αντινετρίνα μυονιου μεταμορφωνονται μερικές φορές σε αντινετρίνα ηλεκτρονίου. Αλλά με βάση το σχεδιασμό του πειράματος, δεν θα επρεπε να έχουν υπαρξει ταλαντώσεις, εκτός αν υπάρχουν ένα ή περισσότερα επιπλέον είδη νετρίνων που είναι "στείρα", που σημαίνει ότι είναι ακόμα πιο σπανιο να αλληλεπιδρουν με την ύλη, απ'ότι τα κανονικα νετρίνα. Τουναντιον, τα ευρηματα του T2K για μεταμορφωσεις νετρινων υλης δεν απαιτει την επίκληση νεων ειδων "στειρων" νετρίνων. Ως γνωστον υπαρχουν 3 ειδη νετρινων, το νετρινο ηλεκτρονιου, με αμελητεα μαζα <0,3 eV/c², το νετρινο μυονιου, με σαφως μη αμελητεα μαζα, και το νετρινο ταυ, με καπως μεγαλυτερη μαζα <3 eV/c². Συμφωνως με την αρχικη θεωρια ολα θα επρεπε να εχουν μηδενικη μαζα. Η θεωρητικη προβλεψη ταλαντωσεων νετρινων, δηλαδη μεταμορφωσεων μεταξυ των τριων ειδων, εγινε το 1979 απο τους Mikheyev-Smirnov και το 1980 απο τον Wolfenstein. Ειχε προηγηθει το 1957 ο προιδεασμος του Ιταλοεβραίου Bruno Pontecorvo, καθαρων ταλαντωσεων κενου των νετρινων, με βαση κβαντομηχανικη. Οι ταλαντωσεις αυτες συνεπαγονται μη μηδενικες μαζες νετρινων, πραγμα που επεβεβαιωθη με μετρησεις των Otten, Weinheimer και συνεργατων τους στο Mainz, και του Lobashev στο Troitsk της Μοσχας. Η επακριβης ευρεση της μαζας των νετρινων ειναι πεδιο δοξης περίλαμπρον για ολους τους πειραματικους φυσικους της υφηλιου. Προ του παροντος ευρηματος των Ιαπωνων ειχαν εντοπισθει μεταμορφωσεις νετρινων μυονιου σε νετρινα ταυ. Δεσμη νετρινων μυονιου απεσταλησαν απο το CERN, Γενευη, σε αποσταση 731 χλμ., στην διαταξη του πειραματος OPERA στα έγκατα του Gran Sasso, οπου ο πεπλος ήρθη. Στην διαδρομη μερικα ειχαν μεταμορφωθει σε νετρινα ταυ. Το ημερολογιο εγραφε τον Μαιο του σωτηριου ετους 2010.

[Πρέπει να είστε εγγεγραμμένοι και συνδεδεμένοι για να δείτε αυτή την εικόνα.]
Μια προσφατη δημοσιευση, της 5ης Ιουλιου, της ομαδας ερευνητων του πειραματος MINOS αναδεικνυει νεες, συναρπαστικες και ισως συγκλονιστικες δυνατοτητες, οσον αφορα στις θεμελιωδεις αρχες της εως τωρα γνωστης Φυσικης. Προκειται για το Θεωρημα CPT, που επιτασσει συμμετρια υλης και αντι-υλης, δηλαδη ταυτοσημες ιδιοτητες των ομοζυγων σωματιδιων υλης και αντι-υλης (μαζα, στροφορμη, κλ.), εκτος του προσήμου. Θεωρειται ως ακρον άωτον της Φυσικης, και απορρεει και απο την υποθεση οτι, οι νομοι της Φυσικης παραμενουν ίδιοι σ'ολα τα αδρανειακα πλαισια αναφορας. Η συμμετρια του CPT διατηρειται σε ολες τις κβαντικες θεωριες πεδιου, την ηλεκτροασθενη και την ισχυρη πυρηνικη. Το Θεωρημα εχει επιβεβαιωθει οσον αφορα σε μερικες ιδιοτητες βαρυονιων (π.χ. μαζες πρωτονιου-αντιπρωτονιου με ακριβεια ενος δεκατου του δισεκατομμυριοστου), αλλα οχι ακομη οσον αφορα σε αλλες (π.χ. μαγνητικες στροφορμες πρωτονιου-αντιπρωτονιου). Επιβεβαιωση του Θεωρηματος οσον αφορα στα λεπτονια θα συνεπήγετο, μεταξυ αλλων, ταυτοσημες ιδιοτητες μεταμορφωσεων νετρινων μυονιου σε νετρινα ταυ με τις ομοζυγες αντινετρινων μυονιου σε αντινετρινα ταυ. Το νεο, συναρπαστικο και συγκλονιστικο εγκειται στο οτι, στο πειραμα ΜΙΝΟS για πρωτη φορα παρατηρουνται σαφεις και διακριτες διαφορες των μεταμορφωσεων. Οπως και στα πειραματα Τ2Κ, ΟΡΕRΑ, στο ΜΙΝΟS τα νετρινα (ή αντινετρινα), παραγομενα στον επιταχυντη του Fermilab στο Σικαγο, αποστελλονται σε δεσμη στοχευμενα σε ανιχνευτη ευρισκομενο στα εγκατα του ορυχειου Soudan στην Μινεσσοτα, σε αποσταση 735 χλμ..Στην διαδρομη μερικα μεταμορφωνονται σε αλλου τυπου νετρινα (ή αντινετρινα), με συγκεκριμενη πιθανοτητα. Η πιθανοτητα π.χ. μετατροπης νετρινων μυονιου σε νετρινα ταυ συναγεται απο την θεωρια οτι ειναι
P(ν_μ→ν_τ)=sin²2θsin²(1.27Δm²L/E),
οπου θ, η γωνια 'αναμειξεως', και Δm², η διαφορα των τετραγωνων των μαζων των δυο τυπων νετρινων, ειναι οι δυο παραμετροι που εξαρτωνται απο την υφη των σωματιδιων, ενω L=735 km και Ε ειναι η ενεργεια της δεσμης των νετρινων σε GeV. Η σαφης και διακριτη διαφορα μεταξυ νετρινων και αντινετρινων εκφραζεται ακριβως απο τις δυο παραμετρους θ και Δm². Σε προηγουμενο πειραμα αποστολης νετρινων μυονιου, η καλλιτερη προσαρμογη στις μετρησεις μεταμορφωσεώς των σε νετρινα ταυ οδηγει στις τιμες sin²2θ=1,0 και Δm²=2,32x10^-3 eV²/c⁴. Η παρουσα καταγραφη των μεταμορφωσεων αντινετρινων μυονιου σε αντινετρινα ταυ αποδιδεται καλλιτερα με τιμες παραμετρων sin²2θ=0,86 και Δm²=3,36x10^-3 eV²/c⁴. Οι τιμες των παραμετρων ειναι πασιφανως πολυ απεχουσες, και στατιστικη αναλυση των μετρησεων βεβαιωνει οτι, η πιθανοτητα ισων τιμων παραμετρων θ και Δm² ειναι 2%. Εαν περαιτερω εξονυχιστικες μετρησεις δεν αποδειξουν οτι οι διαφορετικες τιμες παραμετρων οφειλονται σε πυρηνικες ιδιοτυπιες των πυρηνων-στοχων του ανιχνευτου ή σε στατιστικες διακυμανσεις, τοτε οι συνεπειες θα ειναι κολοσσιαιες. Εξαλειψη της συμμετριας CPT θα εξυπακουετο νεα θεμελιωση της Φυσικης των λεπτονιων, και της του πρωιμου Συμπαντος, εκτος αν υπαρχουν νεες, αγνωστες πτυχες της αλληλεπενεργειας αντι-υλης καθως αυτη διερχεται μεσω υλης, οπως γινεται στην παρουσα περιπτωση, οπου τα αντινετρινα ταξιδευουν διαμεσου υλης.

[Πρέπει να είστε εγγεγραμμένοι και συνδεδεμένοι για να δείτε αυτή την εικόνα.]
To ανωτερω διαγραμμα ενσωματωνει τις τελευταιες μετρησεις του πειραματος MINOS, οπως αυτες ανεφερθησαν στην ανακοινωση της 25ης Αυγουστου. Συμπεριλαμβανει διπλασιο ογκο δεδομενων απ' οτι η ανακοινωση του Ιουνιου 2010, καθως οι ανιχνευτες συνεχως και αδιαλειπτως καταγραφουν ημερα και νυχτα νετρινα σπευδοντα διαμεσου της γης εντος 2,5 ms απο το Fermilab στο Σικαγο προς τα εγκατα του ορυχειου στην Μινεσσοτα. Tον Ιουνιο 2010 υπηρχαν 100 διαπιστωμενες μεταμορφωσεις αντινετρινων μυονιου σε αντινετρινα ταυ, τωρα προσετεθησαν ακομη 97, δηλ. 197 ταλαντωσεις συνολικως. Το μαυρο ελλειψοειδες (2010) αντιπροσωπευει την 90% σταθμη εμπιστοσυνης για τα νετρινα (η διαφορα Δm² του τετραγωνου της μαζας νετρινων μυονιου απο το τετραγωνο της μαζας νετρινων ταυ κειται 90 στις 100 φορες εντος του ελλειψοειδους). Η καλλιτερη τιμη, αστερισκος, αντιστοιχει σε sin²2θ=1 και Δm²=2,32x10^-3 eV²/c⁴. Το μπλε ελλειψοειδες (2011) αντιπροσωπευει τα ιδια ακριβως για αντινετρινα. Η τιμη στο μεσον του ελλειψοειδους, μπλε αστερισκος, αντιστοιχει σε sin²2θ=0,94 και Δm²=2,62x10^-3eV²/c⁴. Ο διπλασιασμος των δεδομενων εβελτιωσε την στατιστικη και εφερε πλησιεστερα νετρινα και αντινετρινα, οποτε και η δραματικοτητα της προηγουμενης ανακοινωσεως της 5ης Ιουλιου 2011 (μετρησεις Ιουνιου του 2010) περι επικειμενης πιθανης ανατροπης του Θεωρηματος CPT ηταν πρώιμη και απέβλεπε μαλλον σε εντυπωσιασμο της κοινης γνωμης, ενοψει της περικοπης κονδυλιων για την ερευνα εν μεσω χρεοκοπιας του κρατους, αμερικανικου εν προκειμενω.

[Πρέπει να είστε εγγεγραμμένοι και συνδεδεμένοι για να δείτε αυτή την εικόνα.]

Οι ανιχνευτες OPERA στα εγκατα του Gran Sasso

Μετα πολυμηνες αμφιβολιες, διπλους και τριπλους ελεγχους, αναψηλαφήσεις των μετρησεων και της διατάξεως, οι επιστημονες του πειραματος OPERA, που αναφερεται σε προηγουμενο θεμα, ανεκοινωσαν σημερα 23η Σεπτεμβριου οτι, συμφωνως προς τις μετρησεις, τα νετρινα μυονιου που εκπεμπονται απο το CERN και τα 'αφουγκραζονται' ανιχνευτες στα εγκατα του Gran Sasso ταξιδευουν με ταχυτητα V που υπερβαινει αυτην του φωτος c: (V-c)/c=25x10^-6 ή 25 p.p.m. ( 25 μοναδες στο εκατομμυριο ). Κατεγραφησαν περιπου 15.000 αφιξεις νετρινων. Καλουν ολους τους ερευνητες της υφηλιου να επαναλαβουν την μετρηση, να τριπλοελεγξουν και αυτοι τα παντα, καθως η c αποτελει απαγορευτικο ανω φραγμα στο Συμπαν, συμφωνως με το αξιωμα του Αινσταιν. Τυχον παραβίασή του θα επεφερε μεγαλη ρηξη και ανατροπή, πραγμα που απευχονται ολοι οι καλοβολεμενοι, φυσικοι και μη. Αναμεσα σε αυτους και ο Antonio Ereditato του Πανεπιστημιου της Βερνης, εκπροσωπος της ομαδας OPERA.
[Πρέπει να είστε εγγεγραμμένοι και συνδεδεμένοι για να δείτε αυτόν το σύνδεσμο.]
Μια αντικρουση και επεξηγηση βασισμενη στην ειδικη Σχετικοτητα συνεισφερει το κατω αρθρο.
[Πρέπει να είστε εγγεγραμμένοι και συνδεδεμένοι για να δείτε αυτόν το σύνδεσμο.]
[Πρέπει να είστε εγγεγραμμένοι και συνδεδεμένοι για να δείτε αυτή την εικόνα.]

[Πρέπει να είστε εγγεγραμμένοι και συνδεδεμένοι για να δείτε αυτή την εικόνα.]

0,05 eV/c² < m_ν_e+m_ν_μ+m_ν_τ < 0,28 eV/c²

Οι δυο εικονες ανω αντιπροσωπευουν αριθμητικες προσομοιωσεις που περιγραφουν την γενεση των δομων του Συμπαντος, με την βαρυτικη ελξη της ψυχρης Σκοτεινης Υλης (στην οποια, σαν εναρκτηρια συνθηκη στην προσομοιωση, διδεται πυκνοτητα 23%, η καλλιτερη σημερινη εκτιμηση) να δρα επι των ορατων βαρυονιων (αρχικη συνθηκη 4% στην προσομοιωση), με κοσμολογικη σταθερα-Σκοτεινη Ενεργεια 73% της πυκνοτητας μαζας-ενεργειας σαν αρχικη συνθηκη. Εχει υποτεθει οτι η μαζα των νετρινων ειναι μηδενικη. Το αποτελεσμα των προκυπτουσων νηματοειδων υποδομων φαινεται στην εικονα δεξια, που αποτυπωνει την κατανομη πυκνοτητας στο Συμπαν. Η εικονα αριστερα αντιπροσωπευει το αποτελεσμα της ιδιας προσομοιωσεως, με την μονη διαφορα οτι εχει υπερτεθει στις αρχικες συνθηκες και μια πυκνοτητα νετρινων που αντιστοιχει σε μαζα 1,9 eV/c², ως αθροισμα των μαζων των 3 ειδων νετρινων ν_e, ν_μ, ν_τ. Παρατηρουμε οτι η συνεισφορα των νετρινων, που ειναι λιγοτερο του 1% της μαζας του Συμπαντος, δεν ειναι καθολου αμελητεα, καθοσον οι νηματοειδεις υποδομες ορατης υλης ειναι πολυ πλεον εκτεταμενες και πολυπλοκες στην εικονα αριστερα. Η πολυ μικρη μαζα των νετρινων εχει σαν αποτελεσμα την διασπορα της συνηθους βαρυονικης υλης σε ευρυτερο πλεγμα δομων. Οι νηματοειδεις δομες αποτελουνται σημερα απο σμηνη και υπερσμηνη Γαλαξιων, οπως εκτεινονται αλληλενδετα στο Συμπαν, με μερικα κενα ενδιαμεσως. Το αρθρο κατω περιγραφει την προσομοιωση.
[Πρέπει να είστε εγγεγραμμένοι και συνδεδεμένοι για να δείτε αυτόν το σύνδεσμο.]
Εν τω μεταξυ ομως το ανω φραγμα για το αθροισμα των μαζων των τριων νετρινων εχει τεθει χαμηλοτερα του 1,9, στο 0,28 eV/c², ενω το κατω φραγμα ειναι 0,05 eV/c². Ο δρομος που ωδηγησε στην ευρεση και διακριβωση του τελευταιου ανω φραγματος αρχισε με μια τρισδιαστατη λεπτομερη καταγραφη περισσοτερων των 700.000 Γαλαξιων υπο το ονομα MegaZ DR7. Στον χαρτη του Συμπαντος που συνεστηθη με βαση τις θεσεις και τις ταχυτητες των Γαλαξιων αυτων εγιναν προφανεις οι νηματοειδεις δομες της υφης του Συμπαντος, κατα τον τροπο που οι Γαλαξιες συνδεονται σε καποια αλληλουχια σμηνων και υπερσμηνων. Η κατανομή των Γαλαξιων στον χωρο, σε μια αναγωγή αντίστροφη της προσομοιώσεως, υποδηλώνει το νεο ανω φραγμα. Σημερα η μεση πυκνοτητα των νετρινων στο Συμπαν ειναι 339 /cm³, παρ' ολη την επιταχυνομενη διαστολη του, που αραιωσε την αρχικη συσπειρωση των νετρινων. Στην πολυ πρωιμη εποχη, οταν η θερμοκρασια του Συμπαντος ηταν 10⁶ ^οΚ, τα φωτονια και τα νετρινα αποτελουσαν την συντριπτικη πλειονότητα της πυκνοτητας μαζας-ενεργειας. Σημερα που η θερμοκρασια της μικροκυματικης ακτινοβολιας υποβάθρου ειναι 2,726 ^οK, μετρησεις του δορυφορου WMAP της ανισοτροπιας της ακτινοβολιας αυτης εδωσαν το προτελευταίο, δευτερο καλλιτερο, ανω φραγμα του αθροισματος των μαζων των τριων νετρινων, που ηταν 0,58 eV/c². Ειναι σαφες οτι, εαν ειχε ληφθεί υποψη 0,28 eV/c² ως αθροισμα των μαζων των νετρινων, με την αντιστοιχουσα κατανομη πυκνοτητας νετρινων ως αρχικη συνθηκη στην προσομοιωση, η εικονα της νηματοειδους υφης του Συμπαντος που θα ειχε παραχθει θα ηταν καπου ανάμεσα στις δυο, αριστερα και δεξια εικονες. Με τις αρχικες συνθηκες ετσι οπως ετεθησαν, γινεται απτή η αισθητή διαφορά που προκύπτει στην τελικη έκβαση της υφης του Συμπαντος μερικα δισεκατομμυρια ετη μετα, αναλόγως της μαζας των νετρίνων. Η ερευνα περιγραφεται στο κατω αρθρο.
[Πρέπει να είστε εγγεγραμμένοι και συνδεδεμένοι για να δείτε αυτόν το σύνδεσμο.]