Observatoř IceCube zřejmě skoncovala se sterilními neutriny. Kredit: Felipe Pedreros. IceCube / NSF.

Na jižním pólu nežijí jen tučňáci, ale i fyzici, kteří tam provozují pozoruhodnou výzkumnou stanici. Její součástí je i neutrinová observatoř IceCube, která je doslova vykutaná v antarktickém ledu. Loví tam neutrina, podivuhodné částice s nepatrnou hmotností, kterých každým okamžikem procházejí spousty naším tělem, aniž bychom si toho všimli.

Francis Halzen. Kredit: University of Chicago.

Neutrina a samozřejmě také antineutrina jsou elementární částice ze skupiny leptonů. Jsou stabilní a nepodléhají samovolnému rozpadu, nepůsobí ale na ně ani silná ani elektromagnetická síla – pouze slabá síla a velmi slabě také gravitace – takže je velmi obtížné je nějak detekovat. Podle toho, co zatím víme, existují tři typy neutrin: elektronová neutrina, mionová neutrina a tauonová neutrina. A ke každému z nich rovněž existuje příslušné antineutrino. Co když ale tahle sestava není kompletní?

Částicoví fyzici už dlouhá desetiletí loví takzvaná sterilní neutrina, hypotetické částice, na které by na rozdíl od třech známých neutrin neměla působit slabá síla, ale jen a pouze gravitace. To by vysvětlovalo, proč jsme je doposud neulovili. Pokud by takové sterilní neutrino skutečně existovalo, rázem by se stalo žhavým kandidátem na temnou hmotu. O to usilovněji po nich fyzici pátrají.

Uvnitř experimentu MiniBooNE. Kredit: Princeton University.

K lovu na legendární částici se nedávno připojila i observatoř IceCube. Jsou to experti přes neutrina a mají na svém kontě například několik extrémně energetických neutrin z hlubokého vesmíru – jako například události frivolně přezdívané „Bert“, „Ernie“, „Big Bird“ a „Cookie Monster“. Francis Halzen z Wisconsinské univerzity v Madisonu a jeho kolegové teď analyzovali zhruba 100 tisíc zachycení neutrin na detektorech IceCube. Intenzivně pátrali po sterilních neutrinech, nenašli po nich ale ani stopu. Není to poprvé, ale tentokrát je to opravdu vážně. Halzen a jeho tým tvrdí, že s 99 procentní jistotou sterilní neutrina neexistují. Jestli mají elementární částice umíráček, tak teď se určitě rozezněl tklivým hlasem.

Přehled neutrin. Kredit: somerandompearsonsblog.blogspot.

com

Podle Halzena jsou sterilní neutrina vlastně něco jako Elvis. Fyzici objevují letmé náznaky jejich přítomnosti prakticky všude. Někteří z nich jsou skálopevně přesvědčeni, že sterilní neutrina existují. Jenže jak se zdá, pokud se nestane nějaký zázrak, sterilní neutrina jsou, stejně jako Elvis, jenom takové šálení smyslů.

Podle optimistů to vlastně ještě neznamená definitivní konec sterilních neutrin. Je ale prý prakticky jisté, že neexistují v tom rozmezí energií, kde s nimi doposud fyzici počítali na základě pozorování Elvisů v různých experimentech. Nejeden odborník taková sterilní neutrina opláče. Kdybychom konečně potvrdili, že tyhle částice existují, leccos by se vysvětlilo. A nejde jenom o temnou hmotu. Sterilní neutrina by mohla objasnit nepoměr mezi hmotou a antihmotou, který zajistil existenci našeho vesmíru. Sterilní neutrina by se stala tolik toužebně očekávaným rozšířením Standardního modelu. Částicovým fyzikům by ukázala nové směry bádání, otevřela jim novou fyziku. Teď ale tahle kapitola nové fyziky zemřela se sterilními neutriny, přinejmenším protentokrát.

Sterilní neutrina byla odepsána již několikrát. V roce 2007 je nenašel experiment MiniBooNE ve Fermilabu. Pak je ale tentýž experiment v roce 2010 resuscitoval, když objevil náznaky existence antičástice sterilního neutrina. V roce 2013 ale existenci sterilních neutrin do značné míry vyloučila data vesmírného teleskopu Planck, a teď jim nejspíš zatloukla veliký hřeb do rakve observatoř IceCube. Po nedávném zrušení slibné částice s klidovou hmotností 750 GeV v datech LHC jde o další závažné vítězství Standardního modelu, které ale potěší asi jen málokoho. Svět se ale nezboří a fyzici nejsou z těch, co by se hned vzdávali.

Video:  IceCube and the Discovery of High-Energy Cosmic Neutrinos

Video: The Elusive Neutrino and The Nature Of The Cosmos


Literatura
New Scientist 9. 8. 2016, Physical Review Letters 117: 071801, Nature News 8. 8. 2016, Wikipedia (Neutrino)