Une anomalie «extrêmement excitante» découverte dans une expérience majeure pourrait être une énorme nouvelle pour la physique

Un écart étrange entre les attentes théoriques et les résultats expérimentaux dans un Un grand projet de recherche sur les neutrinos Cela pourrait être le signe d’un neutrino « stérile » insaisissable – une particule très silencieuse, qui ne peut être détectée que par le silence qu’elle laisse dans son sillage.

Ce n’est pas la première fois que nous voyons des anomalies, ainsi que des données expérimentales antérieures suggérant quelque chose d’étrange dans le monde de la recherche sur les neutrinos. Cette fois, il a été découvert dans l’expérience Baksan sur les transformations stériles (BEST).

Des preuves claires d’hypothétiques neutrinos stériles pourraient fournir aux physiciens un candidat puissant pour alimenter le mystérieux univers avec matière noire. D’un autre côté, cela peut simplement conduire à un problème avec les paradigmes utilisés pour décrire les comportements particuliers de la vieille école. neutrinos.

Ce qui constituerait également un moment important dans l’histoire de la physique.

« Les résultats sont très excitants » Dit Steve Elliott, physicien du Laboratoire national de Los Alamos.

« Cela confirme certainement les anomalies que nous avons vues dans les expériences précédentes. Mais ce que cela signifie n’est pas clair. Il y a maintenant des résultats contradictoires sur les neutrinos stériles. Si les résultats indiquent une mauvaise compréhension de la physique nucléaire ou atomique fondamentale, ce serait intéressant aussi. »

Bien qu’ils figurent parmi les particules les plus abondantes de l’univers, les neutrinos sont connus pour être difficiles à capter. Lorsque vous avez à peine une masse, pas de charge électrique et que vous ne faites connaître votre existence que par la faible force nucléaire, il est facile de se glisser sans entrave à travers la matière la plus dense.

Le mouvement fantomatique du neutrino n’est pas seulement sa qualité intrigante. L’onde quantique de chaque particule se transforme au fur et à mesure qu’elle décolle, oscillant entre des « saveurs » distinctes qui font écho à la résonance des particules chargées négativement – l’électron, le muon et le tau.

Des études sur les oscillations des neutrinos dans Laboratoire national américain de Los Alamos dans les années 1990 J’ai remarqué des lacunes dans le timing de ce retournement qui laissaient place à une quatrième saveur, une qui ne se produirait pas comme une ondulation dans le domaine nucléaire faible.

Cachée dans le silence, la saveur stérile des neutrinos ne sera évidente que par une brève pause dans leurs interactions.

BEST est protégé des sources de neutrinos cosmiques sous un mile de roche dans les montagnes du Caucase russe. Il comporte un réservoir à double chambre de gallium liquide qui recueille patiemment les neutrinos émis par le noyau de chrome radioactif.

Après avoir mesuré la quantité de gallium transformée en isotope de germanium dans chaque réservoir, les chercheurs peuvent travailler à rebours pour déterminer le nombre de collisions directes avec les neutrinos lorsqu’ils oscillent à travers la saveur des électrons.

Semblable à «l’anomalie du gallium» de l’expérience de Los Alamos, les chercheurs ont compté entre un cinquième et un quart de germanium en moins que prévu, ce qui indique un déficit du nombre attendu de neutrinos électroniques.

Cela ne signifie pas avec certitude que les neutrinos ont brièvement adopté une saveur stérile. De nombreuses autres recherches de particules légèrement petites se soldent par des échecs, laissant ouverte la possibilité que les modèles utilisés pour prédire les transitions soient quelque peu trompeurs.

Ce n’est pas une mauvaise chose en soi. Les corrections apportées au cadre de base de la physique nucléaire pourraient avoir des ramifications importantes, révélant potentiellement des lacunes dans Forme standard Ce qui pourrait conduire à des explications pour certains des grands mystères restants de la science.

S’il s’agit bien du signe d’un neutrino stérile, nous pouvons enfin avoir des preuves de la présence massive de matière, mais elle ne forme qu’une toile gravitationnelle dans le tissu de l’espace.

Qu’il s’agisse de la somme de la matière noire ou simplement d’un morceau de son puzzle dépendra de nouvelles expériences avec les particules les plus fantomatiques qui existent.

Cette recherche a été publiée dans Lettres de révision de physique Et le examen physique c.