Το μεγαλύτερο πείραμα ανίχνευσης νετρίνων στον κόσμο μόλις άνοιξε τις «πύλες» του και τα πρώτα δεδομένα που έφερε στην επιφάνεια είναι ήδη εντυπωσιακά. Το Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO), βαθιά θαμμένο στο υπέδαφος της νότιας Κίνας, χρειάστηκε λιγότερο από δύο μήνες λειτουργίας για να πετύχει ό,τι άλλοι ανιχνευτές προσπάθησαν επί μισό αιώνα: τις πιο ακριβείς μετρήσεις βασικών παραμέτρων των νετρίνων.
Στην καρδιά του JUNO βρίσκεται μια σφαίρα διαμέτρου 35 μέτρων, γεμάτη με 20.000 τόνους υγρού σπινθηριστή. Όταν ένα νετρίνο χτυπήσει το υγρό, παράγεται μια ανεπαίσθητη λάμψη φωτός — μια «υπογραφή» τόσο αδύναμη που μόνο ένας γιγαντιαίος ανιχνευτής όπως το JUNO μπορεί να καταγράψει. Περιμετρικά της σφαίρας, χιλιάδες ευαίσθητοι αισθητήρες εντοπίζουν αυτή τη λάμψη και αποκαλύπτουν χαρακτηριστικά του σωματιδίου που την προκάλεσε.
Μέχρι να ενεργοποιηθεί το JUNO, οι κρίσιμες παράμετροι που περιγράφουν πώς τα νετρίνα αλλάζουν «ταυτότητα» στην πορεία τους είχαν καθοριστεί μέσα από δεκαετίες πειραμάτων ανά τον κόσμο. Η ομάδα του JUNO ανακοίνωσε τώρα ότι μέσα σε 59 ημέρες πέτυχε μεγαλύτερη ακρίβεια από 50 χρόνια μετρήσεων. Όπως χαρακτηριστικά ανέφερε ο Gioacchino Ranucci, αναπληρωτής εκπρόσωπος του πειράματος, αυτή η υπεροχή δείχνει πόσο ισχυρό είναι το νέο παρατηρητήριο.
Τα ευρήματα έχουν δημοσιευθεί στο arXiv και βρίσκονται ήδη υπό αξιολόγηση για το περιοδικό Chinese Physics C.
Τα νετρίνα, ανάμεσα στα πιο αινιγματικά σωματίδια της φύσης, διαπερνούν τα πάντα σχεδόν χωρίς αλληλεπίδραση. Τρισεκατομμύρια από αυτά περνούν μέσα από το σώμα μας κάθε δευτερόλεπτο, σαν να μην υπάρχουμε. Είναι τόσο ελαφριά και τόσο «ασώματα» που έλαβαν το παρατσούκλι «σωματίδια φαντάσματα». Όμως αυτή ακριβώς η αινιγματική συμπεριφορά είναι που τα έχει μετατρέψει σε ένα από τα πιο ενδιαφέροντα παράθυρα σε πιθανή φυσική πέρα από το Καθιερωμένο Μοντέλο.
Το καθιερωμένο μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής, όσο επιτυχημένο κι αν είναι, δεν προβλέπει ότι τα νετρίνα έχουν μάζα. Κι όμως, το 2015, η επιβεβαίωση αυτής της μάζας μέσω του φαινομένου της νετρινικής ταλάντωσης χάρισε Νόμπελ Φυσικής στους ερευνητές που την κατέγραψαν. Τα νετρίνα εμφανίζονται σε τρεις «γεύσεις» — ηλεκτρόνιο, μιόνιο και του — και αλλάζουν από τη μία στην άλλη όσο ταξιδεύουν. Γιατί συμβαίνει αυτό παραμένει άγνωστο, όμως η απάντηση ίσως κρύβει τον δρόμο προς νέα φυσική.
Τα υπόγεια εργαστήρια όπως το JUNO προσφέρουν τον ιδανικό χώρο για τέτοια αναζήτηση: η μάζα της Γης μπλοκάρει τα περισσότερα ανεπιθύμητα σωματίδια, επιτρέποντας στα σπάνια συμβάντα νετρίνων να ξεχωρίζουν καθαρά από τον «θόρυβο». Το JUNO, χάρη στο ασύγκριτο μέγεθός του — διαθέτει περίπου 20 φορές περισσότερο σπινθηριστή από κάθε προηγούμενο πείραμα — έχει ήδη αρχίσει να αποδίδει.
Η τεράστια ευαισθησία του ανιχνευτή επέτρεψε στους ερευνητές να μειώσουν την αβεβαιότητα σε δύο κρίσιμες παραμέτρους: τη γωνία μίξης που καθορίζει πώς οι καταστάσεις μάζας των νετρίνων συνδυάζονται για να δώσουν τις τρεις «γεύσεις», και τη διαφορά των τετραγώνων των μαζών αυτών των καταστάσεων. Πρόκειται για θεμελιώδη μεγέθη που καθορίζουν τον τρόπο με τον οποίο τα νετρίνα ταλαντώνονται.
Και αυτό είναι μόνο η αρχή. Η ομάδα του JUNO έχει μεγάλες φιλοδοξίες για τα ερχόμενα χρόνια. Με περισσότερο χρόνο συλλογής δεδομένων, η ακρίβεια αναμένεται να αυξηθεί ακόμη περισσότερο. Αν όλα πάνε σύμφωνα με τα σχέδια, το πείραμα θα μπορούσε να ξεκαθαρίσει ακόμη και τη σειρά των μαζών των νετρίνων, ένα από τα μεγαλύτερα αναπάντητα ερωτήματα της σύγχρονης φυσικής. Επιπλέον, υπάρχει η ελπίδα ότι το JUNO μπορεί να δώσει ενδείξεις για ένα ακόμη μεγαλύτερο μυστήριο: γιατί το σύμπαν αποτελείται σχεδόν αποκλειστικά από ύλη και όχι από ίση ποσότητα αντιύλης.
Για την ώρα, τα πρώτα αποτελέσματα λειτουργούν σαν μια υπόσχεση ότι τα «σωματίδια φαντάσματα» ίσως οδηγήσουν σε αποκαλύψεις που θα βγάλουν το Καθιερωμένο Μοντέλο από τα όριά του. Με γιγαντιαίους ανιχνευτές νέας γενιάς όπως το JUNO, η εικόνα μας για το υποατομικό σύμπαν γίνεται πιο καθαρή και ίσως σύντομα να γίνει και πιο ανατρεπτική.
