Sterylne neutrino ratuje Wszechświat

Jak to możliwe, że u zarania Wszechświata świeżo powstałe materia i antymateria nie unicestwiły się wzajemnie? W dwóch różnych eksperymentach uzyskano ostatnio wyniki, które sugerują, że kluczem do rozwiązania jest pewna egzotyczna cząstka...

Materia istnieje i to jest dość dziwne. Zgodnie bowiem z dzisiejszym stanem wiedzy, z energii Wielkiego Wybuchu powinno narodzić się dokładnie tyle samo materii i antymaterii. Substancje te mają to do siebie, że gdy się ze sobą zetkną, ulegają anihilacji. Innymi słowy, przestają istnieć, a ich energia unoszona jest głównie przez fotony.

A przecież Wszechświat przemierzają nie tylko fotony – pierwotną anihilację przetrwało na tyle dużo innych cząstek, że mogły powstać galaktyki, gwiazdy, planety... i my. Nic dziwnego, że uczeni wytrwale szukają dowodów na to, że materia i antymateria w rzeczywistości nie są swoimi wiernymi „lustrzanymi odbiciami”; że istnieje pewna asymetria, która ocaliła niewielką część materii z pradawnej rzezi.

Neutrina (i antyneutrina) to tajemnicze cząstki elementarne. Trudno je badać, gdyż bardzo słabo oddziałują z innymi cząstkami. Jak dotąd odkryto trzy ich odmiany, tzw. „zapachy”. Wiadomo też, że zapach (anty)neutrina może się zmieniać z czasem. Fenomen ten znany jest jako oscylacja neutrin.

Teraz MiniBooNE, a kilkanaście dni wcześniej MINOS stwierdziły statystycznie istotną różnicę w przebiegu oscylacji neutrin i antyneutrin. Niektórzy uważają to za argument na rzecz hipotezy istnienia czwartego zapachu. Obdarzone nim (anty)neutrino miałoby być „sterylne”, tj. niezdolne do jakichkolwiek oddziaływań poza grawitacyjnym. Wciąż jednak mogłoby ulegać wspomnianym w poprzednim akapicie oscylacjom, przy czym znacznie łatwiej przychodziłoby to sterylnemu antyneutrinie niż jego materialnemu odpowiednikowi.

To właśnie owo egzotyczne neutrino miałoby więc ponosić odpowiedzialność za asymetrię między materią i antymaterią. To jemu materia zawdzięczałaby swoje częściowe ocalenie z „orgii anihilacji” po Wielkim Wybuchu. Co więcej, sterylne neutrina mogłyby też stanowić składnik zagadkowej ciemnej materii. Dwa wielkie pytania współczesnej fizyki znalazłyby odpowiedź za jednym zamachem.

Wyniki Amerykanów w żadnym razie nie stanowią jeszcze dowodu – to raczej atrakcyjna hipoteza. Jako taka, być może zyska solidne podstawy już dzięki Wielkiemu Zderzaczowi Hadronów. Jeden z detektorów tego akceleratora, zwany LHCb, dedykowany jest bowiem właśnie próbie rozwikłania zagadki asymetrii między materią a antymaterią.

Źródło: New Scientist