บาคาร่าข้อสงสัยเกี่ยวกับอนุภาค ‘ปลอดเชื้อ’ ที่เป็นทฤษฎีทำให้ปริศนาของนิวตริโนยังไม่ได้รับการแก้ไข

นักฟิสิกส์สงสัยว่ามีผู้บุกรุกมานานหลายทศวรรษ อนุภาคใต้อะตอมบาคาร่าที่สมมติขึ้นอย่างสันโดษอาจกำลังคืบคลานเข้าสู่การศึกษานิวตริโน อนุภาคเกือบไม่มีมวลเกือบและไม่มีประจุไฟฟ้า การศึกษาใหม่ทำให้เกิดความสงสัยในความคิดนั้น แต่ยังไขปริศนาของสิ่งที่ทำให้เกิดผลลัพธ์ที่แปลกประหลาดในการทดลองนิวตริโนบางอย่างได้“เรายังไม่มีคำตอบ” นักฟิสิกส์ Kate Scholberg จาก Duke University ผู้ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับผลลัพธ์ใหม่กล่าว “พร้อมทั้งน่าพอใจและไม่พอใจ”

นิวตริโนซึ่งมาในสามสายพันธุ์ที่รู้จัก มีจำนวนมากกว่าที่คาดไว้ในการทดลองบางอย่าง 

พฤติกรรมแปลก ๆ นั้นทำให้เกิดโอกาสที่ยั่วเย้าว่านิวตริโนประเภทที่สี่ที่ซ่อนเร้นซึ่งเรียกว่านิวตริโนปลอดเชื้ออาจกำลังรอการค้นพบ แต่ข้อมูลใหม่จาก Micro Booster Neutrino Experiment หรือ MicroBooNE กลับสนับสนุน Canonical neutrino trio

การทดลองก่อนหน้านี้ที่เรียกว่า MiniBooNE ซึ่งตั้งอยู่ที่ Fermilab ในเมือง Batavia รัฐอิลลินอยส์ พบว่ามีนิวทริโนมากกว่าที่คาดไว้ด้วยพลังงานต่ำมานานหลายปี คำใบ้มีความแข็งแกร่งขึ้นด้วยข้อมูลมากขึ้นในปี 2018 ( SN: 6/1/18 ) การทดลองนิวตริโนก่อนหน้านี้ซึ่งดำเนินการในปี 1990 ก็เห็นสัญญาณที่คล้ายกันเช่นกัน

ด้วย MiniBooNE นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการสั่นของนิวตริโน นิวตริโนสามชนิดที่เป็นที่รู้จัก ได้แก่ นิวตริโนอิเล็กตรอน มิวออน นิวตริโน และ เทานิวตริโน สามารถเปลี่ยนหรือสั่นจากชนิดหนึ่งไปอีกชนิดหนึ่งได้ขณะเดินทาง MiniBooNE มองหาอิเล็กตรอนนิวตริโนที่เกิดขึ้นเมื่อมิวออนนิวทริโนสั่น ปริมาณที่เห็นได้ชัดของอิเล็กตรอนนิวตริโนที่เห็นโดย MiniBooNE อาจบ่งชี้ว่าสวิตช์นี้ดูเหมือนจะเกิดขึ้นบ่อยกว่าที่คาดไว้ ซึ่งอาจเนื่องมาจากนิวตริโนปลอดเชื้อทำให้เกิดการสั่น

แต่มีการจับ เครื่องตรวจจับอนุภาคไม่สามารถตรวจจับนิวตริโนได้โดยตรง 

แทนที่จะระบุโดยสังเกตอนุภาคอื่นๆ ที่คายออกมาเมื่อนิวตริโนโต้ตอบภายในเครื่องตรวจจับ และ MiniBooNE มักจะสร้างความสับสนให้กับอิเล็กตรอน ซึ่งเป็นลายเซ็นของอิเล็กตรอนนิวตริโน กับโฟตอน อนุภาคของแสงที่อาจบ่งบอกถึงอนุภาคอื่น นั่นทำให้นักวิทยาศาสตร์ไม่แน่ใจว่าเหตุการณ์ส่วนเกินนั้นเป็นอิเล็กตรอนนิวตริโนจริง ๆ หรือไม่ นิวตริโนปลอดเชื้อยังคงเป็นเครื่องหมายคำถาม

ป้อน MicroBooNE นอกจากนี้ ที่ Fermilab การทดลองใช้เครื่องตรวจจับขั้นสูงที่สามารถบอกอิเล็กตรอนจากโฟตอนได้ ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงออกสำรวจเหตุการณ์ส่วนเกิน โดยมีเป้าหมายเพื่อค้นหาว่าเกี่ยวข้องกับอิเล็กตรอนหรือโฟตอนหรือไม่ แต่ MicroBooNE สับสนไม่พบส่วนเกินเลย ในการสัมมนาวันที่ 1 ตุลาคมและบทความที่โพสต์ที่ arXiv.org MicroBooNE ได้ขจัดความเป็นไปได้ของกิจกรรมพิเศษที่เกี่ยวข้องกับโฟตอน เป็นส่วนใหญ่ ผลลัพธ์ใหม่นี้ ซึ่งรายงานเมื่อวันที่ 27 ตุลาคมระหว่างการสัมมนาเสมือนจริง ได้ขจัดเหตุการณ์พิเศษที่อาจเป็นไปได้หลายอย่างที่เกี่ยวข้องกับอิเล็กตรอนทำให้แนวคิดนิวตริโนปลอดเชื้อมีความเป็นไปได้น้อยลง

ยังไม่ชัดเจนว่าเหตุใดการทดลองหนึ่งจึงเห็นส่วนเกินในขณะที่อีกการทดลองหนึ่งไม่เห็น ความแตกต่างระหว่างการวัดทั้งสองนี้อาจขึ้นอยู่กับวัสดุต่างๆ ที่ใช้ในเครื่องตรวจจับ Scholberg กล่าว — คาร์บอนในกรณีของ MiniBooNE ซึ่งเป็นอาร์กอนสำหรับ MicroBooNE

คำอธิบายที่เป็นไปได้อื่น ๆ สำหรับเหตุการณ์ส่วนเกินที่ MiniBooNE พบยังคงถูกตรวจสอบ ซึ่งบางส่วนอาจไปไกลกว่าฟิสิกส์มาตรฐาน ตัวอย่างเช่น การตรวจจับอาจเกี่ยวข้องกับอิเล็กตรอนที่จับคู่กับปฏิสสารของพวกมัน นั่นคือโพซิตรอน คู่นั้นอาจชี้นิ้วไปที่วัตถุต่าง ๆ ในอะตอมตามสมมุติฐาน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สิ่งที่เรียกว่าอนุภาคคล้ายแกน

นักฟิสิกส์ Mayly Sanchez จาก Iowa State University ในเมือง Ames ผู้ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการศึกษากล่าว นักวิจัย “ได้ขจัดความเป็นไปได้มากมายของสิ่งที่เกินนี้ออกไป ดังนั้นฉันจึงพบว่าผลลัพธ์ค่อนข้างน่าสนใจ” “คุณกำลังให้ที่หลบซ่อนสำหรับนิวตริโนปลอดเชื้อเหล่านี้น้อยลงเรื่อยๆ”

แต่ความหวังทั้งหมดสำหรับนิวตริโนปลอดเชื้อจะไม่สูญหายไป: สถานการณ์ที่ซับซ้อนมากขึ้นที่เกี่ยวข้องกับนิวตริโนปลอดเชื้อรวมกับปรากฏการณ์ใหม่ทางทฤษฎีอื่น ๆ ยังคงสามารถอธิบายเหตุการณ์ส่วนเกินได้

นักฟิสิกส์ Bonnie Fleming จาก Yale University โฆษกของการทดลอง MicroBooNE กล่าวว่า “ยังมีความลึกลับอยู่ “เรามีงานต้องทำมากขึ้น ไม่มีข้อสงสัยเกี่ยวกับเรื่องนี้”บาคาร่า