Experiment NOvA odhaluje nové aspekty chování neutrin

Vědci z mezinárodního experimentu NOvA zveřejnili 8. srpna 2016 na významné mezinárodní konferenci ICHEP v Chicagu v USA nové velmi zajímavé výsledky, které by mohly pomoci lépe porozumět chování neutrin. Analýza nových měření poukazuje na to, že korelace mezi vůní a hmotovými stavy neutrin bude zřejmě složitější, než se dříve předpokládalo.

Neutrina byla dosud detekována ve třech variantách, zvaných „vůně“ – jako neutrina mionová, tauonová a elektronová. Existují také ve třech tzv. hmotových stavech, které ovšem nemusejí přímo odpovídat daným vůním. Vztah mezi těmito stavy se řídí komplexním procesem tzv. směšování. Tento proces jsme zatím úplně nerozklíčovali, ale čím více rozumíme vztahům mezi stavy vůně a stavy hmoty, tím lépe budeme chápat tyto záhadné částice.

Na Mezinárodní konferenci částicové fyziky ICHEP v Chicagu vědci z experimentu NOvA prezentovali důkaz tzv. nemaximálního směšování (non-maximal mixing), kdy jeden ze tří hmotových stavů neobsahuje stejnou příměs mionové a tauonové vůně, jak se dosud předpokládalo. Tento předběžný výsledek experimentu NOvA je vůbec prvním náznakem tohoto jevu u třetího hmotového stavu.

Ilustrace tří neutrinových hmotových stavů a tří vůní, které je tvoří (elektronové, mionové a tauonové), jak dosud měření udávala jejich složení. Nový výsledek NOvA ukazuje, že třetí hmotový stav nemůže mít stejné množství mionové (žluté bonbóny) a tauonové (modré bonbóny) vůně. Zdroj: Fermilab/Sandbox Studios

Experiment NOvA, řízený z Fermilabu blízko Chicaga, měří neutrinová data od února roku 2014. NOvA využívá nejintenzivnější svazek mionových neutrin na světě, který prolétává 810 km zemské kůry mezi Fermilabem a obřím vzdáleným detektorem na severní hranici Minnesoty. NOvA byla navržena pro zkoumání fenoménu neutrinových oscilací, kdy tyto částice za letu mění svou vůni.

Pomocí oscilací studuje NOvA základní vlastnosti neutrin již dva roky. Detektory NOvA umí zachytit jak mionová, tak elektronová neutrina. Detektory jsou rovněž schopny analyzovat přesný počet mionových neutrin, která proletěla celou trasu zemskou kůrou, a počet elektronových neutrin, která se během této cesty ve svazku objevila.

Změřená data také ukazují, že tzv. třetí hmotový stav má buď více mionové vůně než tauonové, anebo naopak. Experiment NOvA zatím ještě nenaměřil dostatečné množství dat, aby se tento výsledek dal prohlásit za plnohodnotný objev nemaximálního směšování, ale pokud změřený trend přetrvá, vědci očekávají, že k definitivnímu rozluštění této záhady budou mít v nadcházejících letech dostatek dat.

„NOvA se teprve rozjíždí,“ říká Gregory Pawloski z Minnesotské University, jeden z vědců, kteří na tomto výsledku pracovali. „Naměřený datový vzorek je pouze jednou šestinou plánovaného celkového množství dat a bude jistě vzrušující sledovat, zda se tento poutavý náznak vyvine do skutečného objevu.“

NOvA bude další data s neutrinovým a antineutrinovým svazkem zaznamenávat ještě několik dalších let. S oběma vyladěnými detektory a neutrinovým svazkem z Fermilabu v plné síle má experiment NOvA dobré vyhlídky též na osvětlení dalších záhad ve světě neutrin.

Na experimentu NOvA se také podílejí čeští vědci z FJFI ČVUT, FZÚ AV ČR a MFF UK.

Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory) je přední americká národní výzkumná laboratoř částicové fyziky. Leží na předměstí Chicaga (Illinois, USA) a provozuje mimo jiné jeden z největších urychlovačových komplexů. Další informace naleznete na https://www-nova.fnal.gov. Na webu Fermilab je možné najít prezentaci zmiňovaného výsledku a anglický originál tiskové zprávy.