Objavljeno djelo na naučnom časopisu Pisma o fizičkom pregledu
Međunarodna suradnja eksperimenta OPERA (oscilacijski projekt s uređajem za emulziju tRacking) predstavljena je danas, tokom seminara u Nacionalnoj laboratoriji Gran Sasso LNGS-a Nacionalnog instituta za nuklearnu fiziku INFN, i u članak objavljen u naučnom časopisu Pisma o fizičkom pregledu, konačni rezultati njegovih 5 godina promatranja neutrina proizvedenih projektom CNGS, CERN Neutrinos do Gran Sasso, snopom muonskih neutrina. CNGS dizajniran je kako bi potvrdio fenomen transformacije muonskih neutrina, mjerenje s detektorom OPERA pojava tau neutrina, nakon njihovog putovanja iz CERN u podzemnim laboratorijama od Gran Sasso. U svojim konačnim rezultatima OPERA izvještava o ukupno 10 događajima koji ukazuju na transformaciju neutrina iz muona u tau. Ovaj rezultat na direktan i nedvosmislen način pokazuje da muonski neutrini osciliraju u tau neutrini. U stvari, postoje tri vrste neutrina, muon, elektronski i tau: njihova transformacija je proces poznat kao oscilacija, čije je otkriće dobilo Nobelovu nagradu za fiziku u 2015-u.
Muonski neutrini proizvedeni u CERN-u između 2008-a i 2012-a s CNGS snopom stigli su do INFN laboratorija Gran Sasso nakon putovanja 730 km kroz zemljinu koritu, u 2,4 milisekundi. Po njihovom dolasku otkriveni su eksperimentom OPERA, aparatom ukupne mase oko 4.000 tona, koji se sastoji od 150.000 cigli od olovnih ploča, s kojima su neutrini stupili u interakciju, i nuklearnih emulzija korištenih za fotografiranje interakcija.
Suradnja OPERA uočila je prvi oscilacijski događaj muonskog neutrina u tau-u u 2010-u, nakon čega su uslijedila četiri događaja otkrivena između 2012-a i 2015-a, kada je najavila otkriće pojave neutrino tau-a koji je prvi put dosegao potreban statistički značaj.
Sada, zahvaljujući novoj strategiji analize primijenjenoj na cjelokupni uzorak podataka prikupljenih između 2008. i 2012. ?? to je period u kojem je radio snop od CERN-a do laboratorija Gran Sasso ?? Ukupno je identifikovano 10 događaja kandidata, što je dodatno poboljšalo nivo statističke značajnosti nalaza. "Analizirali smo sve podatke potpuno novom strategijom, uzimajući u obzir jedinstvene karakteristike događaja", objašnjava on Giovanni De Lellis, šef međunarodne suradnje OPERA, predavač na Napuljskom univerzitetu Federico II. ?? A mi takođe izvještavamo - nastavlja on De Lellis - prvo izravno opažanje leptonskog broja neutrino tau, to je parametar koji diskriminira neutrino od njegovog antimaterijskog kolege, antineutrina ??. ??Danas je vrlo zahvalno vidjeti kako dobiveni rezultati daleko prevazilaze nivo statističke značajnosti koji smo očekivali kada smo predložili eksperiment??.
Fenomen oscilacija neutrina
Razlikuju se tri vrste neutrina, elektronski, muonski i tau, koji postoje u prirodi jer pri interakciji s materijom stvaraju električno nabijeni lepton po kojem i nosi naziv, naime elektron, muon ili tau čestica. OPERA eksperiment to je jedini aparat koji može otkriti sva tri nabijena leptona, a samim tim i sve tri vrste neutrina.
Neki eksperimenti u operaciji na prijelazu milenijuma pokazali su da su muonski neutrini, preputujući velike udaljenosti, proizveli manje muona nego što se očekivalo u interakciji s detektorima: ovo je sugerisalo da muonski neutrini osciliraju u drugim vrstama neutrina. I, kako su otkriveni elektroni bili u skladu s predviđanjima, fizičari su pretpostavili da muonski neutrini osciliraju u tau neutrinovima. Ovu činjenicu je OPERA definitivno potvrdila, izravnim promatranjem pojave tau neutrina na udaljenosti 730 km od izvora muonskih neutrina. Razumijevanje pojave neutrinske oscilacije također pomaže da se osvijetli neka svojstva tih, još uvijek misterioznih čestica, poput mase.
Otvori podatke
Suradnja OPERA svoje podatke je učinila javno CERN portal otvorenih podataka. Na taj način, čak i istraživači koji nisu dio kolaboracije OPERA mogu ih koristiti za provođenje novih istraživanja. Nadalje, dostupni podaci su obogaćeni informacijskim i vizualizacijskim alatima koji pomažu u tumačenju i upotrebi u obrazovne svrhe. Ovi podaci iz OPERA su prvi podaci koji se ne proizvode u LHC-u i jedine su neutrinske interakcije dostupne na CERN-ovom otvorenom podacima, programu pokrenutom u 2014.
Od neutrina do društva
Studije tau neutrina nastavit će se jer su De Lellis i kolege predložili eksperiment u CERN-u brod, sposoban da posmatra hiljade tau neutrina i na taj način proučava svojstva tau neutrina i njegove antičestice, antitutrino tau, nikada ranije opažene. Pored studija neutrina, nasljedstvo OPERA-e leži i u razvoju novih tehnologija. Napuljski istraživači su se razvili potpuno automatizirane tehnologije s velikom brzinom i submikrometarskom preciznošću koje su otvorile put širokoj upotrebi takozvanih filmova nuklearne emulzije za bilježenje tragova čestica. Ova tehnologija pronalazi primjenu u širokom spektru drugih znanstvenih područja, poput istraživanja tamne materije. U stvari, eksperiment je planiran NEWSdm na čelu sa De Lellisom za istraživanje teme mrak s potpuno inovativnim pristupom koji je u stanju po prvi puta izmjeriti pravac galaktičkog porijekla ovih čestica, koristeći nanometrijsku razlučivost postignutu ovim novim tehnologijama.
Studije sprovedene u Napulju sa tehnologijom nuklearne emulzije takođe imaju društveni utjecaj jer se tiču optimizacije planova liječenja onkološke hadroneterapije, što je predmet proučavanja u eksperimentu FOOT. Hadrontherapija je inovativna tehnika liječenja koja se koristi u onkologiji i koristi zrake čestica zvanih hadroni, poput protona. Projekt FOOT, zapravo, ima za cilj karakteriziranje ponašanja protona kada prelaze preko ljudskog tkiva kako bi se optimizirali njegovi blagotvorni učinci u terapiji.