Pozrite si
Neutrína patria medzi najnepolapiteľnejšie častice vesmíru, čo im vyslúžilo prezývku „častice duchov“. Existujú tri známe typy neutrín, uznačované ako „príchute“ – elektrónové neutríno νe, miónové neutríno νμ a tau neutríno ντ. Ale každé má hmotnosť miliardkrát menšiu ako elektrón. Okrem toho, že dokážu prebehnúť celou Zemou ako nôž maslom, sú tieto častice pozoruhodné svojou schopnosťou transformovať sa do rôznych typov, keď cestujú vesmírom, a to aj bez interakcie s inými časticami.
Nové podzemné zariadenie s názvom Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE), čiže experiment s hlbokými podzemnými neutrínami, ktoré urýchli častice na vzdialenosť asi 1 300 km medzi Illinois a Južnou Dakotou, by mohlo odhaliť skryté rozmery vesmíru. Ak jeho skratka evokuje názov kultovej sci-fi, nie je to úplne mylná predstava. DUNE môže byť kamienkom mozaiky, ktorá odhalí existenciu multidimenzionálneho vesmíru.
DUNE je pripravovaný experiment s osciláciou neutrín so sídlom v Illinois a Južnej Dakote v USA. „V tomto experimente sú neutrína generované urýchľovačom častíc vo Fermilab [v Illinois], prejdú vzdialenosť 1 300 kilometrov a sú pozorované pomocou masívneho podzemného detektora v Južnej Dakote,“ povedal Mehedi Masud, profesor na univerzite Chung-Ang v Južnej Kórei a spoluautor štúdie.
Obsah pokračuje pod reklamou
Už viac ako 100 rokov sú vedci fascinovaní možnosťou, že skryté, nepatrné priestorové rozmery môžu ovplyvňovať fyziku nášho známeho trojrozmerného sveta. Konkrétne dôkazy o týchto ďalších dimenziách však nenašli. Nadchádzajúci experiment DUNE na skúmanie týchto skrytých dimenzií prostredníctvom správania neutrín by mohol priniesť prielom v tomto bádaní.
Neutrína vytvorené pri zrážkach Fermilabu – predovšetkým miónové neutrína – prejdú Zemou, aby sa dostali do detektora v Južnej Dakote. Očakáva sa, že niektoré z týchto častíc sa premenia na ďalšie dve príchute: elektrónové neutrína a tau neutrína.
Vedci z DUNE dúfajú, že pozorovaním odhalia niekoľko základných otázok vo fyzike neutrín, ako je hierarchia hmotností neutrín, presné parametre riadiace osciláciu a úloha, ktorú mohli neutrína zohrávať pri vytváraní nerovnováhy hmoty a antihmoty vo vesmíre.
Štúdia publikovaná v časopise Journal of High Energy Physics naznačuje, že záhadné správanie neutrín by sa dalo vysvetliť, ak okrem známych troch rozmerov priestoru existujú aj ďalšie priestorové rozmery v mierke mikrometrov (milióntin metra). Aj keď sú „na naše pomery“ malé, takéto rozmery sú pozoruhodne veľké v porovnaní s femtometrami (jedna kvadrilióntina metra) typickými pre subatomárne častice.
Prierez 1 300 km dlhým experimentálnym zoskupením DUNE
„Teória veľkých rozmerov, ktorú prvýkrát navrhli Arkani-Hamed, Dimopoulos a Dvali v roku 1998, naznačuje, že náš známy trojrozmerný priestor je zakotvený vo vyššom dimenzionálnom rámci štyroch alebo viacerých dimenzií“, vysvetlil Masud. „Okrem otázky prečo je gravitácia oveľa slabšia ako ostatné základné sily v prírode, teória veľkých rozmerov navyše ponúka potenciálne vysvetlenie pôvodu malých hmotností neutrín, ktorý zostáva nevysvetlený v rámci štandardného modelu časticovej fyziky.“
Ak existujú ďalšie dimenzie, mohli by podľa autorov štúdie jemne zmeniť pravdepodobnosť oscilácie neutrín spôsobmi detekovateľnými DUNE. Tieto deformácie by sa mohli javiť ako mierne potlačenie očakávaných pravdepodobností oscilácií a ako malé oscilačné „krútenie“ pri vyšších energiách neutrín. Ťažko sa to chápe, ale účinky dodatočného rozmeru sú určené predovšetkým jeho veľkosťou. Táto závislosť vytvára pre výskumníkov príležitosť preskúmať prítomnosť takýchto dimenzií analýzou interakcie neutrín s hmotou v detektore. Dodatočná dimenzia ovplyvňuje pravdepodobnosť oscilácie neutrín, čo zase môže odhaliť cenné stopy o jeho potenciálnej existencii a vlastnostiach.
Pohľad na detektor protoDUNE počas jeho konštrukcie v CERN
Experiment DUNE by mal byť schopný odhaliť ďalší rozmer, ak je jeho veľkosť okolo pol mikrónu (0,0000005 m). Výsledky však nebudú tak skoro. DUNE je v súčasnosti vo výstavbe a očakáva sa, že zber údajov začne okolo roku 2030. Po niekoľkých rokoch prevádzky budú nahromadené dáta pravdepodobne stačiť na komplexnú analýzu teórie veľkých rozmerov navyše. Vedci očakávajú, že výsledky tejto analýzy budú k dispozícii približne o desať rokov.
Vieme však, že veľké veci – a to aj vo vede – sa nerodia ľahko. Vedci dúfajú, že v budúcnosti kombinácia údajov z DUNE s inými experimentálnymi metódami – z urýchľovačov alebo astrofyzikálnych a kozmologických pozorovaní – zvýši schopnosť skúmať vlastnosti ďalších dimenzií s väčšou presnosťou. V každom prípade sa tu pomerne nenápadne otvára cesta pre novú fyziku.
Zdroj