Art. 05 – Vol. 25 – Nr. 3 – 2015

Roman CHIRILĂ
roman.chirila@ici.ro

Institutul Naţional de Cercetare – Dezvoltare în Informatică – ICI Bucureşti

Rezumat: Procesul de metamorfoză a neutrinilor constă în transformarea incredibilă a unui tip de neutrino în altul, pe durata parcursului lor prin spaţiu. În fizica particulelor elementare acest fenomen este cunoscut sub denumirea de „oscilaţie” şi reprezintă o dovadă serioasă a faptului că neutrinii au masă, deci ei pot oscila, adică îşi pot schimba identitatea şi implicit natura lor. Spre deosebire de alte particule, neutrino are o identitate dublă: el poate fi una dintre dintre cele trei arome (νe, νμ, ντ) şi să posede una dintre cele trei mase (ν1, ν2, ν3), dar o aromă dată nu implică şi o anumită masă, sau invers. Masa exactă a fiecărei arome nu se cunoaşte încă. Totuşi, problema este de ce au neutrinii masă şi cum se explică micimea acestor mase. În Modelul Standard, neutrinii nu au masă. Prin urmare, este nevoie de o îmbunătăţire a acestui model, de a adăuga noi rezultate experimentale şi explicaţii teoretice care pot avea implicaţii profunde în astrofizică, cosmologie, sau chiar asupra naturii fizicii. Lucrarea de faţă este un scurt rezumat despre natura cuantică a procesului de oscilaţie a neutrinilor, dar şi despre o serie de rezultate experimentale legate de schimbarea identităţii neutrinilor. În plus, neutrinii par a constitui miezul unui alt mister: de ce trăim într-un univers alcătuit din materie şi nu din antimaterie?

Cuvinte cheie: neutrino, oscilaţia neutrinilor, neutrino Dirac, neutrini Majorana, mecanismul seesaw.

Introducere

Oscilaţia neutrinilor, care determină uimitoarea metamorfoză a acestor particule, constituie un fenomen profund cuantic, prin care un neutrino creat cu o anumită aromă leptonică (electron, muon sau tauon) poate fi detectat ulterior ca având o aromă complet diferită. Probabilitatea de măsurare a unei anumite arome de neutrino variază periodic, pe parcursul propagării acesteia prin spaţiu [1].

Această proprietate a neutrinilor de a oscila, combinată cu delicata problemă a micimii masei acestora, fac din neutrini cele mai misterioase particule din cosmos. Observaţiile cosmologice şi experienţele de laborator, indică faptul că masele celor trei arome de neutrini trebuie să fie extrem de mici şi că originea acestora este strâns legată de procesele subatomice care au avut loc imediat după Big Bang [2]. Neutrinii sunt particule subatomice care se deplasează cu viteze colosale, apropiate de viteza luminii. Chiar dacă sunt cele mai răspândite particule din univers, doar una dintre o mie de miliarde din neutrinii produşi de Soare interacţionează cu un atom de pe Pământ, motiv pentru care Isaac Asimov le-a botezat „particulele fantomă”[3].

Pe durata parcursului lor prin spaţiu, particulele de neutrino au proprietatea ciudată de a se transforma dintr-o aromă în alta, fenomen înlesnit de dubla lor identitate. Pe de o parte, ele pot fi una dintre cele trei arome (νe, νμ, ντ), iar pe de altă parte ele pot avea una dintre cele trei mase (ν1, ν2, ν3), fără ca o aromă dată să implice o anumită masă dată, şi nici invers [4]. Aroma neutrinilor determină modul în care particula interacţionează cu materia, iar masa sa determină modul de propagare al particulei prin spaţiu.

Concluzii

Am văzut că experimentul SuperK din 1998 a pus în evidenţă fenomenul de oscilaţie al neutrinilor prin care aceştia îşi modificau aroma pe măsură ce se propagau prin spaţiu. În 2001, experimentul de la SNO a pus în evidenţă faptul că oscilaţia neutrinilor este cauza fundamentală a deficitului de neutrini solari observaţi. Confirmarea experimentală a fenomenului de oscilaţie stabileşte cu certitudine faptul că neutrinii au masă, contrar predicţiei făcute de MS.

Dincolo de evidenţa rezultatelor obţinute, rămân o serie de probleme nerezolvate[19][20][21] şi care impun alte experimente noi, cu configuraţii mai ingenioase, pentru a răspunde la câteva întrebări esenţiale, cum ar fi:

• Estimarea exactă pentru sin² (2θ₂₃); sin² (2θ12); Δm²₂₃; Δm²₁₂;
• Este θ₁₃ > 0 şi dacă da, atunci care este valoarea sa exactă?
• Este θ₂₃ = 45º, sau nu?
• Care este semnul lui Δm²₂₃?
• Care este ierarhia de masă a neutrinilor? La ora actuală, există două astfel de ierarhii, cea directă (M_e<M_μ<M_τ, exact cum electronul este mai uşor decât muonul, iar muonul este mai uşor decât tauonul) şi cea inversă.

Vizualizează articolul complet