Tudomány

Fordulat egy 30 éves fizikai rejtélyben: nem létezik a feltételezett neutrínó

Egy nagy pontosságú amerikai kísérlet alapjaiban írja át a neutrínók természetéről alkotott elképzeléseinket. A MicroBooNE mérési eredményei kizárják egy évtizedek óta vitatott, hipotetikus részecske létezését, miközben új irányokat nyitnak a részecskefizika egyik legmakacsabb problémájának megoldásában.

2026.01.04 08:40ma.hu
nyomtatásKinyomtatom
+Nagyobb betűméret-Kisebb betűméretbetűméret

Harminc éve foglalkoztatja a fizikusokat egy különös anomália a neutrínók viselkedésében, amelyre sokáig egy eddig ismeretlen részecske, az úgynevezett steril neutrínó tűnt a legvalószínűbb magyarázatnak. Most azonban az Egyesült Államokban működő MicroBooNE kísérlet kutatói arra a következtetésre jutottak, hogy ez a részecske nem létezik. A Nature folyóiratban publikált eredmények jelentősen leszűkítik a szóba jöhető elméletek körét, és új fejezetet nyitnak a neutrínók kutatásában.

A neutrínók a természet egyik legrejtélyesebb elemi részecskéi. Bár rendkívül nagy számban vannak jelen az univerzumban, szinte észrevétlenül haladnak át az anyagon, ezért kísérleti kimutatásuk rendkívül nehéz. David Caratelli, a Kaliforniai Egyetem (Santa Barbara) fizikusprofesszora szerint éppen ez a tulajdonság teszi őket különösen izgalmassá, hiszen viselkedésük gyakran mutat rá a Standard Modell hiányosságaira.

A Standard Modell a részecskefizika alapelmélete, amely kiválóan írja le az ismert részecskéket és kölcsönhatásokat, ugyanakkor nem ad választ minden kérdésre. Nem magyarázza például a sötét anyag és a sötét energia természetét, és eredeti formájában a gravitációt sem foglalja magában. A neutrínók esete különösen problémás volt, mivel a modell kezdetben tömeg nélküli részecskékként írta le őket. A 20. század végén azonban kozmikus eredetű neutrínókat vizsgáló kísérletek kimutatták, hogy ezek a részecskék „oszcillálnak”, vagyis haladásuk közben egyik típusból a másikba alakulnak át. Ez pedig csak akkor lehetséges, ha tömegük van.

A történet itt nem ért véget. Az 1990-es években a Los Alamos-i LSND, majd később a Fermilabnál működő MiniBooNE kísérlet olyan neutrínóátalakulásokat észlelt, amelyeket a három ismert neutrínótípus – az elektron-, müon- és tau-neutrínó – keretein belül nem lehetett megmagyarázni. Ekkor merült fel egy negyedik, „steril” neutrínó létezésének lehetősége, amely nem lépne kölcsönhatásba az anyaggal a gyenge kölcsönhatáson keresztül, mégis hatással lenne a neutrínóoszcillációkra.

A MicroBooNE kísérletet kifejezetten azért építették meg a Fermilab területén, hogy nagyobb felbontással és részletességgel vizsgálják ezeket az anomáliákat. A folyékony argonnal töltött detektor 2015 és 2021 között két neutrínónyalábból érkező részecskéket figyelt meg. A kutatók müon-neutrínókat állítottak elő, és azt vizsgálták, megjelennek-e a detektorban az elméletileg a steril neutrínó közvetítésével keletkező elektron-neutrínók.

Az eredmények azonban nem igazolták ezt az elképzelést. A mérések összhangban voltak azzal az esettel, amelyben nem történik oszcilláció egy negyedik neutrínófajta irányába. Ez gyakorlatilag kizárja a steril neutrínó létezését, legalábbis abban a formában, ahogyan azt az elmúlt három évtizedben feltételezték. A MicroBooNE ezzel lezárta a legnépszerűbb magyarázatot a korábbi kísérletek által jelzett rendellenességekre.

A kutatók ugyanakkor hangsúlyozzák, hogy a rejtély maga nem oldódott meg. Az LSND és a MiniBooNE által megfigyelt jelenségek továbbra is magyarázatra várnak. Caratelli szerint ez egyfajta paradigmaváltást jelent: a tudományos közösség most már szélesebb elméleti eszköztárral keresheti a választ, legyen szó eddig alábecsült háttérfolyamatokról, például fotonok szerepéről, vagy teljesen új fizikai jelenségekről.

A MicroBooNE egyik legnagyobb hozadéka az a technológiai és módszertani tudás, amelyet a kutatók a nagy pontosságú neutrínómérések során szereztek. Ez a tapasztalat közvetlenül hasznosulhat a következő generációs kísérletekben, mindenekelőtt a jelenleg épülő Deep Underground Neutrino Experimentben (DUNE). A Dél-Dakotában, csaknem másfél kilométerrel a felszín alatt kialakított óriásdetektor soha nem látott intenzitású neutrínónyalábot fog vizsgálni, amelyet több mint 1200 kilométerről, a Fermilabból lőnek majd át a Föld kérgén.

A kutatók reményei szerint a DUNE nemcsak a neutrínók oszcillációinak finom részleteit tárhatja fel, hanem hozzájárulhat olyan alapvető kérdések megválaszolásához is, mint hogy miért van több anyag az univerzumban, mint antianyag. Bár a steril neutrínó hipotézise most kiesett, a MicroBooNE eredményei egyértelművé tették, hogy a neutrínók továbbra is kulcsszereplők maradnak az ismeretlen fizika felderítésében.

Figyelem! A cikkhez hozzáfűzött hozzászólások nem a ma.hu network nézeteit tükrözik. A szerkesztőség mindössze a hírek publikációjával foglalkozik, a kommenteket nem tudja befolyásolni - azok az olvasók személyes véleményét tartalmazzák.

Kérjük, kulturáltan, mások személyiségi jogainak és jó hírnevének tiszteletben tartásával kommenteljenek!

Amennyiben a Könyjelző eszköztárába szeretné felvenni az oldalt, akkor a hozzáadásnál a Könyvjelző eszköztár mappát válassza ki. A Könyvjelző eszköztárat a Nézet / Eszköztárak / Könyvjelző eszköztár menüpontban kapcsolhatja be.