Publikované dielo vo vedeckom časopise Physical Review Letters
Medzinárodná spolupráca experimentu OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) prezentovaná dnes počas seminára v Gran Sasso LNGS National Laboratories Národného ústavu jadrovej fyziky INFN a v articolo uverejnené vo vedeckom časopise Physical Review Letters, konečné výsledky jeho 5-ročného pozorovania neutrín produkovaných projektom CNGS, CERN Neutrína po Gran Sasso, zväzok miónových neutrín. CNGS bol vytvorený na overenie javu transformácie miónových neutrín meraním detektorom OPERA objavenie sa tau neutrín po ich ceste z CERN do podzemných laboratórií Skvelý Sasso. Vo svojich konečných výsledkoch OPERA uvádza celkovo 10 udalostí svedčiacich o premene neutrín z miónu na tau. Tento výsledok priamo a jednoznačne ukazuje, že miónové neutrína oscilujú na neutrína tau. V skutočnosti existujú tri typy neutrín, miónové, elektronické a tau: ich transformácia ide o proces známy ako „oscilácia“, za objav ktorého bola v roku 2015 ocenená Nobelova cena za fyziku.
Miónové neutrína produkované v CERN-e v rokoch 2008 až 2012 pomocou lúča CNGS sa dostali do laboratórií INFN Gran Sasso po prejdení 730 km zemskou kôrou za 2,4 milisekúnd. Po príchode ich odhalil experiment OPERA, prístroj s celkovou hmotnosťou približne 4.000 150.000 ton, zložený zo XNUMX XNUMX tehál vyrobených z olovených dosiek, s ktorými neutrína interagovali, a jadrových emulzií používaných na fotografovanie interakcií.
Spolupráca OPERA pozorovala prvú udalosť oscilácie miónového neutrína v neutríne tau v roku 2010, po ktorej nasledovali štyri udalosti odhalené v rokoch 2012 až 2015, keď oznámili objavenie sa neutrína tau, ktoré dosiahlo prvú požadovanú štatistickú významnosť.
Teraz, vďaka novej stratégii analýzy aplikovanej na celú vzorku údajov zozbieraných medzi rokmi 2008 a 2012 – t. j. obdobie, v ktorom bol aktívny lúč z CERN-u do laboratórií Gran Sasso – bolo identifikovaných celkovo 10 kandidátskych udalostí, ktoré ďalej zlepšila úroveň štatistickej významnosti nálezu. „Všetky údaje sme analyzovali úplne novou stratégiou, berúc do úvahy zvláštne charakteristiky udalostí,“ vysvetľuje Giovanni De Lellis, zodpovedný za medzinárodnú spoluprácu OPERA, profesor Neapolskej univerzity Federico II. „A tiež hlásime – pokračuje De Lellis – prvé priame pozorovanie leptónového čísla tau neutrína, t. j. parametra, ktorý odlišuje neutrína od ich antihmotového náprotivku, antineutrína“. “Je veľmi potešujúce, že dnes vidíme, že získané výsledky značne prekračujú úroveň štatistickej významnosti, ktorú sme predpokladali pri navrhovaní experimentu.“.
Fenomén oscilácie neutrín
Tri typy neutrín, elektrónové, miónové a tauové, ktoré existujú v prírode, sa rozlišujú preto, že pri interakcii s hmotou produkujú elektricky nabitý leptón, od ktorého nesú názov, t. j. elektrón, mión alebo časticu tau. . Experiment OPERA je to jediný prístroj schopný detekovať všetky tri tieto nabité leptóny a teda všetky tri typy neutrín.
Niektoré experimenty bežiace na prelome tisícročí ukázali, že miónové neutrína po cestovaní na veľké vzdialenosti vyprodukovali pri interakcii s detektormi menej miónov, ako sa očakávalo: to naznačovalo, že miónové neutrína oscilovali do iných typov neutrín. A keďže zistené elektróny boli v súlade s predpoveďami, fyzici predpokladali, že miónové neutrína oscilujú na neutrína tau. Túto skutočnosť definitívne potvrdila OPERA priamym pozorovaním výskytu tau neutrín vo vzdialenosti 730 km od zdroja miónových neutrín. Pochopenie fenoménu oscilácie neutrín tiež pomáha osvetliť niektoré vlastnosti, ako napríklad hmotnosť týchto stále záhadných častíc.
Otvorené údaje
Spolupráca OPERA zverejnila svoje údaje prostredníctvom portálu Otvorený dátový portál CERN. Takto ich budú môcť využiť na realizáciu nového výskumu aj výskumníci, ktorí nie sú súčasťou spolupráce OPERA. Sprístupnené údaje sú navyše obohatené o informačné a vizualizačné nástroje, ktoré napomáhajú ich interpretácii a využitiu na vzdelávacie účely. Tieto údaje z OPERA sú prvé údaje, ktoré neboli produkované na LHC, a jediné neutrínové interakcie sprístupnené na portáli CERN Open Data, ktorý bol spustený v roku 2014.
Od neutrín k spoločnosti
Štúdie o tau neutrínach budú pokračovať, pretože De Lellis a kolegovia navrhli experiment v CERN SHiP, schopný pozorovať tisíce tau neutrín a tak študovať vlastnosti tau neutrína a jeho antičastice, anti-tau neutrína, nikdy predtým nepozorovaného. Okrem neutrínových štúdií spočíva odkaz OPERA aj vo vývoji nových technológií. Výskumníci z Neapola sa vyvinuli plne automatizované, vysokorýchlostné, submikrónové presné technológie, ktoré vydláždili cestu pre rozsiahle použitie takzvaných jadrových emulzných filmov na zaznamenávanie stôp častíc. Táto technológia má uplatnenie v širokej škále ďalších vedeckých oblastí, ako je napríklad hľadanie tmavej hmoty. V skutočnosti je experiment plánovaný NOVINKYdm vedená De Lellisom na výskum tejto témy tmavý s úplne inovatívnym prístupom schopným po prvýkrát zmerať smer galaktického pôvodu týchto častíc, využívajúc nanometrické rozlíšenie dosiahnuté týmito novými technológiami.
Štúdie prebiehajúce v Neapole s technológiou jadrovej emulzie majú tiež a sociálny dopad, pretože sa týkajú optimalizácie plánov liečby onkologickej hadronterapie, ktorá je predmetom skúmania v experimente FUTBAL. Hadrónová terapia je inovatívna liečebná technika používaná v onkológii, ktorá využíva časticové lúče nazývané hadróny, ako sú protóny. Projekt FOOT v skutočnosti si kladie za cieľ charakterizovať správanie protónov, keď prechádzajú ľudskými tkanivami, aby sa optimalizovali jeho priaznivé účinky v terapii.