Forskare i arbetshypotesens order tillkännagav en fantastisk observation, som gjordes med hjälp av neutrino detektorn "SuperKamiokande". Analys av den information som samlats in under de senaste 18 åren visar att neutrinos som produceras som ett resultat av kärnreaktioner i Solens kärna, förändrar deras egenskaper och når den oupplösta sidan av jorden.
Neutrinos är "spöken" i kvantvärlden som inte har någon elektrisk laddning. Deras massa är extremt liten, och de rör sig med ljusets hastighet. Neutrinos interagerar så svagt med materia att de kan passera genom en hel planet från en kant till motsatt utan att kollidera med någonting. De kan bara svaga kärntekniska interaktioner.
Även om det verkar som att sådana egenskaper hos partikeln gör sin spårning omöjlig, har fysiker utvecklat medel för att registrera direkta kollisioner av den osynliga neutrinoen med markbunden materia.
När det gäller SuperKamiokande-detektorn fylldes en stor gruva, belägen under ett berg 300 kilometer från Tokyo, med 50.000 ton ultralätt vatten och tusentals detektorer placerades på gruvens väggar. Ibland bildas en högenerginelektron eller muon när en direkt kollision av en neutrino och en vattenmolekyl uppstår. Som ett resultat av partikelkollisioner uppstår Vavilov-Cherenkov-effekten. Det är den här korta flashen av elektromagnetisk strålning som bestäms av sensorerna. Om det finns en tillräckligt stor kapacitet med vatten är det statistiskt sannolikt att antalet inspelade kollisioner kommer att räcka för att skapa ett slags "neutrino teleskop" (även om det i teknisk mening inte är ett teleskop utan en partikeldetektor). Trots det faktum att i dessa universum är dessa neutrala partiklar rikliga, i vår region av kosmos är huvudkällan till neutrinos solen.
Det finns tre olika typer av neutrinor som skiljer sig åt i sina egenskaper: elektron, tau och muon. På grund av tvärvärldens bisarrenhet kan neutrinor oscillera, flytta från en typ till en annan. Naturen av sådan oscillation i årtionden har varit föremål för ett flertal studier inom kärnfysik.
Det mest överraskande faktumet om neutrino smaker är att "SuperKamiokande" kan fånga bara elektronnutriner. Under en längre tid var det ett mysterium varför det finns mycket färre solneutriner inom detektorns vinkel än vad den vetenskapliga modellen förutspår. Det visar sig att elektronnutrinoer (närvaron av vilka enheter som kan registreras) på väg genom det interplanetära rymden oscillerar i muon och tau neutrinos (som inte kan detekteras), vilket förklarar skillnaderna i antal.
Forskare säger att ungefär hälften av elektronnutrinerna, vars energi är 2 MeV och mindre, förändrar sin särdrag utan att nå jorden. Högre energi neutriner oscillerar ännu oftare. Tendensen är att ju högre neutrinoenergin är, desto mindre sannolikt kommer partikeln att detekteras. Ett sådant märkligt beteende hos neutrino kallas "Mikheev-Smirnov-Wolfenstein-effekten". Det upptäcktes 1986 av sovjetiska fysiker Stanislav Mikheev och Alexei Smirnov, som genomförde forskning baserad på den amerikanska teoretiker Lincoln Wolfensteins verk från 1978. MRV-effekten föreslår också att oscillationer uppträder i motsatt riktning. När muon och tau neutrinos rör sig genom vår planet, kan de interagera med elektroner i kompositionen av tät jordämne. Som ett resultat kan neutrinor återgå till elektronisk typ. Och det verkar som att detektorn "SuperKamiokande" lyckades fixa denna effekt i åtgärd.
Efter att ha analyserat alla data som samlats under 18 års observationer noterade fysiker att under natten var antalet upptäckta neutrinor ökat med 3, 2%. När jordens sida, där detektorn befinner sig, inte upplyser sig av solen, måste partiklarna passera genom planeten innan de kommer in i sitt synfält. På eftermiddagen når sol neutriner detektorn omedelbart efter att de täcker ett visst avstånd i rymden (och 10-15 km av atmosfären). Allt indikerar att när man passerar genom vår planet påverkas muon och tau neutrinos av effekten av MW.
Ändå uppmanar forskarna att inte göra för höga uttalanden. Den statistiska betydelsen av sådana slutsatser gör det inte möjligt för en att kalla dem en upptäckt, och det ger inte heller anledning att betrakta dem det ultimata beviset på att effekterna av MW är föremål för neutrinoffekten. Den statistiska betydelsen av forskningsresultaten är 2,7σ - det vill säga de är av intresse för det vetenskapliga samfundet, men de kan inte betraktas som en upptäckt. Man kan bara prata om upptäckt när indikatorn för statistisk signifikans når 5σ. Det verkar som om vi behöver en större detektor för att uppnå en sådan koefficient. Lyckligtvis är planeringen av "HyperKamiokande" redan planerad, vilket kan till och med kunna använda förändringar i neutrino-lukt för att mäta rockens densitet.
"HyperKamiokande" neutrino detektorn kommer att vara 25 gånger större än "SuperKamiokande", vilket gör att vi kan få mycket mer data, säger David Wark, en neutrinoanalytiker från Oxford University (som inte deltog i denna studie). "Jag är inte säker på att dess storlek kommer att räcka för att mäta densiteten hos olika lager av jorden med en exakt intresse för vetenskapen, men i alla fall kommer vi att arbeta i den här riktningen."
