Ο αναστημένος ανιχνευτής θα κυνηγήσει μερικά από τα πιο παράξενα σωματίδια στο σύμπαν
BATAVIA, ILLINOIS— Μετά από 4 ημέρες, ο Λάζαρος αναστήθηκε από τον τάφο, αλλά οι φυσικοί εδώ στο Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντή Fermi (Fermilab) ανασταίνουν έναν τεράστιο ανιχνευτή σωματιδίων χαμηλώνοντάς τον σε ένα λάκκο που μοιάζει με τάφο και ταριχεύοντάς τον με ένα ψυχρό υγρό. Τον Αύγουστο του 2018, οι εργαζόμενοι έβαλαν δύο αστραφτερές ασημένιες δεξαμενές μεγαλύτερες από τα κοντέινερ μεταφοράς, τα δύο μισά του ανιχνευτή, σε μια τρύπα με επένδυση από σκυρόδεμα. Μεταφέρθηκε από την Ευρώπη πριν από 2 χρόνια, το ICARUS—ένα ξεπερασμένο αρκτικόλεξο για το Imaging Cosmic And Rare Underground Signals—θα ξεκινήσει σύντομα μια δεύτερη ζωή αναζητώντας ίσως τα πιο παράξενα σωματίδια που έχουν ονειρευτεί οι φυσικοί, τα περίεργα σφαιρίδια που ονομάζονται στείρα νετρίνα.
Ένα φωτεινό απόγευμα του Μαΐου, το ICARUS βρίσκεται στη μονωμένη σαρκοφάγο του, ενώ οι τεχνικοί φροντίζουν από πάνω του, συνδέοντας αθόρυβα τα ηλεκτρονικά με τα λιμάνια, τόσο αδιάφορα για τους παρατηρητές όσο και οι λιθοξόοι που πιάνονται στη δουλειά τους. Μόλις συνδεθεί ο ανιχνευτής, οι εργαζόμενοι θα τον σφραγίσουν κάτω από ένα τσιμεντένιο καπάκι πάχους 3 μέτρων. Στη συνέχεια θα γεμίσουν το ICARUS με παγωμένο υγρό αργό, εξηγεί η Angela Fava, ένας φυσικός Fermilab, κοιτάζοντας από ένα κιγκλίδωμα πάνω. "Ελπίζουμε να αρχίσουμε να λαμβάνουμε δεδομένα μέχρι το τέλος του έτους."
Το πείραμα δίνει στον ICARUS άλλη μια βολή στη δόξα. Έτρεξε πριν από σχεδόν μια δεκαετία βαθιά υπόγεια στο Εθνικό Εργαστήριο Gran Sasso στην L'Aquila της Ιταλίας, για να μελετήσει τις ιδιότητες των συνηθισμένων νετρίνων - και πέτυχε εντυπωσιακά αποτελέσματα. «Άργησαν και είχαν πολύ μικρότερο ανιχνευτή από τον αναμενόμενο, επομένως δεν ήταν ανταγωνιστικοί», λέει ο Giovanni De Lellis, φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Νάπολης Federico II στην Ιταλία και εκπρόσωπος του Oscillation Project with Emulsion-tracking Apparatus. (OPERA), ένα αντίπαλο πείραμα νετρίνων στο ίδιο εργαστήριο που νίκησε τον ICARUS σε μια σημαντική παρατήρηση.
Ωστόσο, το ICARUS πέτυχε με έναν άλλο τρόπο:Απέδειξε ότι ένα νέο είδος ανιχνευτή που ονομάζεται θάλαμος προβολής υγρού αργού - το πνευματικό τέκνο του Ιταλού νομπελίστα Carlo Rubbia - θα μπορούσε να καταγράψει τις σπάνιες αλληλεπιδράσεις των νετρίνων με τους ατομικούς πυρήνες με πρωτοφανή ακρίβεια. «Για να είμαι ειλικρινής, δεν πίστευα ότι θα λειτουργούσε», λέει ο Chang Kee Jung, φυσικός νετρίνων στο Κρατικό Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης στο Stony Brook. «Είμαι κάπως με δέος». Η προσέγγιση λειτούργησε τόσο καλά που το 2012, οι φυσικοί των ΗΠΑ επέλεξαν τη σχετικά επικίνδυνη τεχνολογία για το απόλυτο πείραμά τους με νετρίνο, που θα κατασκευαστεί την επόμενη δεκαετία.
Στο μεταξύ, ο ICARUS επιστρέφει για να εργαστεί στην άλλη πλευρά του Ατλαντικού Ωκεανού. Μετά από ένα ταξίδι του 2017 από την Ευρώπη στο Ιλινόις, δια θαλάσσης, ποταμού και δρόμου, θα συνεχίσει το κυνήγι νετρίνων εδώ στο Fermilab—αυτή τη φορά αναζητώντας στείρα νετρίνα. Εάν υπάρχουν, τα στείρα νετρίνα θα ήταν νέες προσθήκες στο τυπικό μοντέλο σωματιδίων και δυνάμεων των φυσικών. Θα έλυναν ενοχλητικούς γρίφους σχετικά με τα άλλα νετρίνα τους, αλλά θα ήταν πολύ πιο δύσκολο να εντοπιστούν. Τα συνηθισμένα νετρίνα αλληλεπιδρούν —απλά ελάχιστα— με άλλη ύλη. Αλλά τα στείρα νετρίνα, σύμφωνα με το όνομά τους, δεν θα αλληλεπιδράσουν με τίποτα, εκτός από άλλα νετρίνα, που αναδύονται και εξαφανίζονται μέσω μιας λεπτής εναλλαγής ταυτότητας που μπορεί να ανιχνευθεί μόνο έμμεσα.
Από τα τέλη της δεκαετίας του 1990, τα πειράματα υπαινίσσονται την ύπαρξή τους. Αν και κάθε άλλο παρά πειστικό, η περίπτωση των αποστειρωμένων νετρίνων είναι μια ψώρα που πρέπει να διαλέξουν ακόμη και οι δύσπιστοι φυσικοί. «Δεν μπορούμε να το αγνοήσουμε», λέει ο Jung. «Χρειαζόμαστε πραγματικά το κλείσιμο». Ο Πάτρικ Χούμπερ, θεωρητικός στο Πολυτεχνικό Ινστιτούτο της Βιρτζίνια και στο Κρατικό Πανεπιστήμιο στο Μπλάκσμπουργκ, λέει ότι το κυνήγι είναι ακόμα πιο λογικό δεδομένης της έλλειψης ενδείξεων νέας φυσικής σε μεγάλους επιταχυντές σωματιδίων. "Αν πρόκειται να ψάξετε για νέα φυσική, γιατί να μην ψάξετε σε μέρη όπου φαίνεται ότι κάτι συμβαίνει;" Ο Huber λέει.
Αναμονή
Τα νετρίνα είναι περισσότερα από κάθε άλλο είδος σωματιδίου στο σύμπαν εκτός από τα φωτόνια. Κάθε δευτερόλεπτο τρισεκατομμύρια από αυτά περνούν απαρατήρητα από τον καθένα μας. Τα σωματίδια έρχονται σε τρεις γεύσεις—ηλεκτρόνιο, μιόνιο και ταυ—ανάλογα με το πώς γεννιούνται. Για παράδειγμα, οι πυρηνικές αλληλεπιδράσεις παράγουν νετρίνα ηλεκτρονίων, ενώ τα νετρίνα μιονίων προέρχονται από τις διασπάσεις των σωματιδίων που ονομάζονται μιόνια, βαρύτερα ξαδέλφια ηλεκτρονίων, τα οποία μπορούν να αναδυθούν όταν οι κοσμικές ακτίνες προσκρούσουν στην ατμόσφαιρα.
Παραδόξως, τα νετρίνα μπορούν να αλλάξουν γεύσεις. Αυτή η αποκάλυψη ήρθε πριν από 2 δεκαετίες, όταν οι φυσικοί ανακάλυψαν ότι ο ήλιος φαινόταν να εκπέμπει τα μισά νετρίνα ηλεκτρονίων από όσα είχαν προβλεφθεί και ότι ένα αρκετά κλάσμα των νετρίνων μιονίων που έπεφτε βροχή από την ατμόσφαιρα φαινόταν να εξαφανίζεται πριν φτάσουν στους ανιχνευτές. Η εναλλαγή γεύσης, που ονομάζεται επίσης ταλαντώσεις νετρίνων, εξηγεί αυτά τα ελλείμματα. Αποδεικνύει επίσης ότι τα νετρίνα, που από καιρό θεωρούνταν χωρίς μάζα, έχουν στην πραγματικότητα το παραμικρό βάρος:Η σχετικότητα απαιτεί ένα σωματίδιο χωρίς μάζα να ταξιδεύει με ταχύτητα φωτός, οπότε η διαστολή του χρόνου σταματά το ρολόι, αποτρέποντας τυχόν αλλαγές γεύσης.
Οι φυσικοί έχουν χοντροποιήσει τη θεωρία των τριών γεύσεων μελετώντας τις ταλαντώσεις στα νετρίνα που δημιουργούνται από πυρηνικούς αντιδραστήρες και εκτοξεύονται από επιταχυντές μέσω της Γης σε ανιχνευτές εκατοντάδες χιλιόμετρα μακριά. Τα σημερινά μεγάλα πειράματα νετρίνων στον κόσμο είναι τα NOv της Fermilab A, που εκτοξεύει νετρίνα μιονίων σε έναν ανιχνευτή 810 χιλιόμετρα μακριά στον ποταμό Ash River, στη Μινεσότα, και το T2K της Ιαπωνίας, το οποίο κατευθύνει μια παρόμοια δέσμη από ένα εργαστήριο στο Tokai στο Super-Kamiokande, έναν ανιχνευτή σε ένα ορυχείο ψευδαργύρου 295 χιλιόμετρα μακριά. Τέτοιες μεγάλες «γραμμές βάσης» είναι απαραίτητες επειδή οι τρεις γεύσεις νετρίνων ταλαντώνονται μόνο σε μεγάλες αποστάσεις, με ρυθμούς που εξαρτώνται από τις ενέργειές τους και τις μικροσκοπικές διαφορές στις μάζες τους.
Αυτά τα πειράματα έδωσαν στους ερευνητές μια λαβή σχετικά με τις διαφορές στις μάζες των τριών νετρίνων. Αλλά οι ίδιες οι μάζες παραμένουν αμέτρητα μικρές - όχι περισσότερο από το ένα εκατομμυριοστό της μάζας ενός ηλεκτρονίου. Αυτή η κατάσταση προκαλεί καούρα στους θεωρητικούς, λέει ο Stephen Parke, θεωρητικός στο Fermilab, επειδή οι φυσικοί έχουν λίγους καλούς τρόπους να εξηγήσουν γιατί η μάζα του νετρίνου είναι τόσο πολύ κοντά, αλλά όχι ακριβώς, στο μηδέν.
Εισάγετε στείρα νετρίνα. Τα νετρίνα σχεδόν χωρίς μάζα συγχέουν μια μαθηματική συμμετρία στο τυπικό μοντέλο, εξηγεί ο Parke. Αλλά οι θεωρητικοί μπορούν να διορθώσουν τη συμμετρία και να εξηγήσουν τις μικροσκοπικές μάζες αν υποθέσουν ότι κάθε τύπος νετρίνου γεννιέται ως ένα κβαντομηχανικό μείγμα:μια μεγάλη βοήθεια ενός συνηθισμένου νετρίνου και μια παύλα ενός πολύ βαρύτερου στείρου νετρίνου. Η ανάμειξη θα δημιουργήσει έναν «μηχανισμό τραμπάλας» που οδηγεί περαιτέρω τη μάζα του συνηθισμένου νετρίνου προς τα κάτω και τη μάζα του στείρου νετρίνου προς τα πάνω.
Ο πρώτος πειραματικός υπαινιγμός αποστειρωμένων νετρίνων προήλθε από τον Ανιχνευτή Νετρίνων Liquid Scintillator (LSND), ο οποίος λειτουργούσε από το 1993 έως το 1998 στο Εθνικό Εργαστήριο του Λος Άλαμος στο Νέο Μεξικό. Οι ερευνητές πυροβόλησαν πρωτόνια σε έναν στόχο για να δημιουργήσουν μια δέσμη από καθαρά μιόνια νετρίνα. Όμως εντόπισαν δεκάδες νετρίνα ηλεκτρονίων στον ανιχνευτή τους 30 μέτρα μακριά, πολύ περισσότερα από ό,τι περίμεναν για μια τόσο μικρή απόσταση. Το αποτέλεσμα έδειξε ότι τα νετρίνα μιονίων μεταμορφώνονταν γρήγορα σε βαρύτερα στείρα νετρίνα και στη συνέχεια σε νετρίνα ηλεκτρονίων, σε ένα είδος συντόμευσης που αλλάζει τη γεύση. Η υψηλότερη μάζα του στείρου νετρίνου θα έκανε την ταλάντωση να συμβεί πιο γρήγορα.
Οι ερευνητές με το Mini-Booster Neutrino Experiment (MiniBooNE) της Fermilab, το οποίο διεξήχθη από το 2002 έως φέτος, βρήκαν παρόμοια αποτελέσματα πυροδοτώντας νετρίνα μιονίων υψηλότερης ενέργειας σε έναν μεγαλύτερο ανιχνευτή 500 μέτρα μακριά. Άλλα πειράματα έχουν βρει διαφορετικές, συμπληρωματικές συμβουλές. Πολυάριθμες μετρήσεις δείχνουν ότι οι πυρηνικοί αντιδραστήρες παράγουν λιγότερα νετρίνα ηλεκτρονίων από ό,τι αναμενόταν, ίσως επειδή τα νετρίνα ταλαντώνονται σε στείρα μορφή και εξαφανίζονται. Ορισμένες αστροφυσικές παρατηρήσεις υποδηλώνουν ότι τα στείρα νετρίνα που επιπλέουν στο διάστημα θα μπορούσαν να είναι τα μη ανιχνευμένα σωματίδια της σκοτεινής ύλης που πιστεύεται ότι αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος της μάζας του σύμπαντος.
Οι επιφυλάξεις αφθονούν. Τα αποστειρωμένα νετρίνα που θα μπορούσαν να εξηγήσουν τα αποτελέσματα LSND και MiniBooNE θα ήταν πολύ, πολύ ελαφρύτερα από αυτά που απαιτούνται από τον μηχανισμό της τραμπάλας - και πολύ ελαφριά για να εξηγήσουν την κοσμική σκοτεινή ύλη. Οι αντιδραστήρες μπορεί να παράγουν λιγότερα νετρίνα από το αναμενόμενο λόγω των ελάχιστα κατανοητών ραδιενεργών διασπάσεων στο ζεστό καύσιμο του αντιδραστήρα, όχι λόγω των ταλαντώσεων των νετρίνων. «Το να συμφωνήσουν όλες αυτές οι παρατηρήσεις είναι πολύ, πολύ δύσκολο», λέει ο Huber. Αλλά αυτή η ένταση θα μπορούσε να υποδηλώνει μια ακόμη μεγαλύτερη ανακάλυψη, λέει ο Parke. «Αν δεν είναι στείρα νετρίνα αλλά κάποια άλλη νέα φυσική, αυτό είναι ακόμα πιο συναρπαστικό», λέει. Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, λέει ο Parke, τα αποτελέσματα LSND και MiniBooNE πρέπει να εξηγηθούν.
Ενώ συσσωρεύονταν υπαινιγμοί αποστειρωμένων νετρίνων, ο Rubbia και οι συνεργάτες του ανέπτυξαν το ICARUS. Ο Rubbia ονειρεύτηκε την ιδέα το 1977, 7 χρόνια πριν μοιραστεί το βραβείο Νόμπελ Φυσικής για την ανακάλυψη σωματιδίων πολύ διαφορετικού είδους:τα τεράστια σωματίδια W και Z που είναι υπεύθυνα για την ασθενή πυρηνική δύναμη που διέπει ορισμένες πυρηνικές διασπάσεις. Σε διαλείμματα από το βραβευμένο έργο του, ο Rubbia οραματίστηκε έναν ανιχνευτή 5000 τόνων που θα παρακολουθούσε ένα γεγονός που αναμένεται να είναι θεωρητικά δυνατό, αν και εξαφανιστικά σπάνιο:τη διάσπαση του πρωτονίου. Ο ίδιος ανιχνευτής θα μπορούσε επίσης να μελετήσει τα νετρίνα από την ατμόσφαιρα ή να εκτοξευθεί από έναν επιταχυντή.
Ένας ανιχνευτής νετρίνων συνήθως εντοπίζει ένα νετρίνο ηλεκτρονίων όταν ένας πυρήνας το απορροφά και φτύνει ένα ενεργητικό ηλεκτρόνιο. για ένα νετρίνο μιονίου το σήμα είναι ένα μιόνιο. Επειδή τα γεγονότα είναι τόσο σπάνια, η Rubbia χρειαζόταν πολλούς τόνους υλικού ανιχνευτή. Αυτή η απαίτηση συνήθως απαιτεί αντιστάθμιση ακρίβειας.
Το Super-Kamiokande, για παράδειγμα, είναι μια δεξαμενή γεμάτη με 50.000 τόνους υπερκαθαρού νερού και επενδεδυμένη με 13.000 ανιχνευτές φωτός. Όταν ένα νετρίνο γεννά ένα ηλεκτρόνιο ή μιόνιο, αυτό το φορτισμένο σωματίδιο που επιταχύνει ακτινοβολεί ένα κύμα κρουστικού φωτός που συλλαμβάνεται από τους ανιχνευτές της δεξαμενής ως δακτύλιος. Η ευκρίνεια ή η ασάφεια του δακτυλίου αποκαλύπτει τον τύπο του σωματιδίου και τη γεύση του αρχικού νετρίνου. Αλλά το Super-Kamiokande δεν μπορεί να παρακολουθήσει με ακρίβεια τα ηλεκτρόνια ή τα μιόνια ή να εντοπίσει άλλα σωματίδια χαμηλότερης ενέργειας που δημιουργούνται στις αλληλεπιδράσεις, περιορίζοντας την ικανότητά του να εκτιμά την ενέργεια του αρχικού νετρίνου, μια βασική μεταβλητή για τη λεπτομερή μελέτη των ταλαντώσεων νετρίνων.
Η Rubbia οραματίστηκε έναν ανιχνευτή μεγάλο και ακριβή:μια μεγάλη δεξαμενή υγρού αργού με ένα λεπτό πλέγμα καλωδίων στη μία πλευρά και ηλεκτρόδια υψηλής τάσης στην άλλη. Το υψηλής ενέργειας ηλεκτρόνιο ή μιόνιο που αναπαράγεται από ένα νετρίνο σε μια λάμψη φωτός θα ιονίσει το αργό κατά μήκος της διαδρομής του, αφήνοντας ένα ίχνος ηλεκτρονίων. Ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο θα ωθούσε αυτά τα ηλεκτρόνια στο πλέγμα. Καταγράφοντας ποια καλώδια στο πλέγμα χτυπήθηκαν από ηλεκτρόνια —και πότε— ο ανιχνευτής μπορούσε να εντοπίσει το αρχικό ηλεκτρόνιο ή το μιόνιο σε 3D. Το πυκνό υγρό παρέχει πολλούς πυρήνες στόχους και οι χημικές του ιδιότητες επιτρέπουν στα ηλεκτρόνια να μετακινούνται σε μεγάλες αποστάσεις.
Ένας ανιχνευτής υγρού αργού μπορεί να παρακολουθεί ένα ηλεκτρόνιο ή ένα μιόνιο με ακρίβεια χιλιοστού και να διακρίνει εύκολα τα σωματίδια, λέει η Janet Conrad, φυσικός νετρίνων στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης στο Κέμπριτζ. «Τα ίχνη είναι πολύ διαφορετικά—κάπως σαν ίχνη από κουνέλι και ίχνη ελαφιών», λέει. Αυτή η ακρίβεια καθιστά ευκολότερο τον αποκλεισμό ψευδών γεγονότων. Ο ανιχνευτής μπορεί επίσης να παρακολουθεί όλα τα άλλα φορτισμένα σωματίδια που εκτοξεύονται από μια αλληλεπίδραση, καθιστώντας δυνατή την καλύτερη εκτίμηση της ενέργειας του αρχικού νετρίνου, η οποία καθορίζει πόσο γρήγορα θα πρέπει να ταλαντωθεί.
Η εκτέλεση του οράματος της Rubbia ήταν μια τεράστια πρόκληση. Το αργό θα πρέπει να ψυχθεί στους -186°C και οι ρύποι να μειωθούν σε επίπεδα μερών σε ένα τρισεκατομμύριο. Κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1990, φυσικοί στο CERN, το Ευρωπαϊκό εργαστήριο σωματιδιακής φυσικής κοντά στη Γενεύη της Ελβετίας, και το Εθνικό Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής της Ιταλίας στην Παβία ανέπτυξαν ολοένα μεγαλύτερα πρωτότυπα, μεταφέροντας τον τελικό ανιχνευτή 760 τόνων - μικρότερο από ό,τι ήθελε ο Rubbia - στο Gran Sasso στο 2008 "Ήταν σε μια υπόγεια σήραγγα και ήταν ένας τεράστιος ανιχνευτής που χρειάζεται ένα τεράστιο κρυογονικό σύστημα", λέει η Ornella Palamara, ένας φυσικός Fermilab που εργάστηκε στο ICARUS στο Gran Sasso. "Όλα αυτά χρειάζονται χρόνο."
Μόλις τοποθετηθεί, το ICARUS παρακολούθησε ένα ρεύμα μιονίων νετρίνων που εκτοξεύτηκε από το CERN για υπαινιγμούς μιας ταλάντωσης που δεν είχε ακόμη παρατηρηθεί - από μιόνιο σε νετρίνα ταυ. Έχασε από τον OPERA, έναν ασυνήθιστο ανιχνευτή που χρησιμοποίησε τούβλα φωτογραφικού φιλμ για να εντοπίσει τις διασπάσεις των βαρέων, βραχύβιας σωματιδίων ταυ που γεννήθηκαν από τα ταυ νετρίνα. Το μεγαλύτερο επιστημονικό επίτευγμα του ICARUS μπορεί να ήταν η κατάρριψη του ισχυρισμού της OPERA τον Σεπτέμβριο του 2011 ότι τα νετρίνα που προέρχονταν από το CERN ταξίδευαν ταχύτερα από το φως, ένα πλαστό σήμα που τελικά εντοπίστηκε σε ένα χαλαρό ηλεκτρικό καλώδιο. "Το ICARUS ήταν ο σωστός ανιχνευτής στο λάθος μέρος", λέει η Heidi Schellman, φυσικός νετρίνων στο Πανεπιστήμιο του Όρεγκον στο Corvallis.
Ωστόσο, το ICARUS άλλαξε την πορεία της έρευνας για τα νετρίνα. Αυτό συμβαίνει επειδή έτρεξε ακριβώς τη στιγμή που οι αμερικανοί φυσικοί σκέφτονταν το επόμενο μεγάλο πείραμα νετρίνων:το Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE), το οποίο θα κρύβεται 1500 μέτρα κάτω σε ένα εγκαταλελειμμένο ορυχείο χρυσού στο Lead της Νότιας Ντακότα και τα νετρίνα παγίδα που πυροβολήθηκαν από το Fermilab 1300 χιλιόμετρα μακριά, μια απόσταση που οι φυσικοί λένε ότι είναι ιδανική για τη μέτρηση των ταλαντώσεων νετρίνων. Ενώ τα τρέχοντα πειράματα επικεντρώνονται σε συγκεκριμένες παραμέτρους του μοντέλου τριών γεύσεων, το DUNE θα εξετάσει τόσα πολλά νετρίνα με τόσο μεγάλη ακρίβεια που θα μετρήσει όλες τις παραμέτρους ταυτόχρονα για να δοκιμάσει πιο αυστηρά το μοντέλο. Θα αναζητήσει επίσης μια ασυμμετρία μεταξύ των νετρίνων και των αντισωματιδίων τους, των αντινετρίνων, που θα μπορούσε να βοηθήσει να εξηγηθεί πώς το πρώιμο σύμπαν παρήγαγε περισσότερη ύλη παρά αντιύλη.
Τα πρώτα σχέδια για το DUNE οραματίζονταν έναν ανιχνευτή νερού τετραπλάσιο από το Super-Kamiokande. Αλλά μετά οι φυσικοί άρχισαν να βλέπουν εικόνες από τον ICARUS, λέει ο Sam Zeller, φυσικός στο Fermilab. "Θα τους κοιτούσες και θα έλεγες, "Αυτό είναι ένα παιχνίδι που αλλάζει". Στο τέλος επέλεξαν την πιο επικίνδυνη τεχνολογία υγρού αργού:έναν ανιχνευτή πολλών δισεκατομμυρίων δολαρίων που περιέχει 40.000 τόνους υλικού, που θα κατασκευαστεί μέχρι το 2026.
Ωστόσο, η Rubbia δεν τελείωσε με τον ICARUS. Το 2013 πρότεινε να φέρει τον ανιχνευτή στο Fermilab, όπου οι ερευνητές ήλπιζαν να κατασκευάσουν έναν παρόμοιο ανιχνευτή για να κυνηγήσουν στείρα νετρίνα. "Λοιπόν, φυσικά, η επιστημονική επιτροπή Fermilab είπε:"Καθίστε και εργαστείτε μαζί για να φτιάξετε ένα σχέδιο", λέει η Palamara.
Αν και το ICARUS ήταν πολύ μικρό για να ανταγωνιστεί την OPERA, είναι ακριβώς το σωστό μέγεθος για να επιβεβαιώσει ή να αποκλείσει τα δελεαστικά αποτελέσματα LSND και MiniBooNE, λέει ο Schellman. "Είναι μια εξαιρετική επαναχρησιμοποίηση του ανιχνευτή. Το ICARUS είναι επιτέλους εκεί που πρέπει."
Όπως και σε προηγούμενες προσπάθειες, οι φυσικοί της Fermilab θα εκτοξεύσουν πρωτόνια υψηλής ενέργειας σε έναν στόχο για να παραγάγουν μια έντονη δέσμη μιονικών νετρίνων. Τα νετρίνα θα εκτοξευτούν μέσω μιας σειράς τριών ανιχνευτών κάτω από την πανεπιστημιούπολη λιβάδι του Fermilab. Στα 110 μέτρα από την πηγή νετρίνων θα βρίσκεται ο ανιχνευτής νετρίνων βραχείας γραμμής βάσης, ένας ανιχνευτής υγρού αργού 112 τόνων που βρίσκεται υπό κατασκευή. Στα 470 μέτρα από την πηγή βρίσκεται το MicroBooNE, ένας ανιχνευτής υγρού αργού 170 τόνων που λειτουργεί από το 2015. Το ίδιο το ICARUS, ο μεγαλύτερος από τους τρεις ανιχνευτές, θα βρίσκεται 600 μέτρα μακριά.
Αυτή η ρύθμιση τριών ανιχνευτών θα πρέπει να αντιμετωπίσει τη μεγαλύτερη αδυναμία στα πειράματα LSND και MiniBooNE. Και οι δύο χρησιμοποίησαν έναν μόνο ανιχνευτή σε σταθερή απόσταση από την πηγή νετρίνων και ουσιαστικά μέτρησαν τα νετρίνα ηλεκτρονίων σε μια δέσμη νετρίνων μιονίων, αποδίδοντας την απροσδόκητη εμφάνισή τους σε ταλαντώσεις από μιόνιο σε στείρο σε τύπο ηλεκτρονίου. Δεν μπορούσαν να αποκλείσουν την πιθανότητα ότι ξένα σωματίδια όπως τα φωτόνια παρήγαγαν πλαστά γεγονότα που οι ερευνητές παρεξήγησαν για νετρίνα ηλεκτρονίων. Με τους τρεις ανιχνευτές, οι φυσικοί μπορούν να δουν εάν ο αριθμός των νετρίνων ηλεκτρονίων αυξάνεται με την απόσταση από την πηγή, όπως θα έπρεπε για μια καλή πίστη ταλάντωση νετρίνων.
Για να εξακριβωθεί η ταλάντωση σε μικρή απόσταση, οι φυσικοί πρέπει επίσης να πραγματοποιήσουν μια δεύτερη, συμπληρωματική μέτρηση, λέει ο Parke. Εάν μερικά νετρίνα μιονίων ταλαντώνονται σε στείρα νετρίνα και μετά σε νετρίνα ηλεκτρονίων, τότε πολλά άλλα πρέπει να ταλαντωθούν στην στείρα μορφή και να εξαφανιστούν εντελώς. "Αν δεν δείτε νετρίνα μιονίων να εξαφανίζονται ταυτόχρονα, είναι ένα στιλέτο στην καρδιά του στείρου νετρίνου", λέει ο Parke.
Ωστόσο, δεν είναι τόσο απλό όσο η μέτρηση των μιονικών νετρίνων σε κάθε ανιχνευτή. Τα νετρίνα υψηλότερης ενέργειας ταλαντώνονται πιο αργά από τα χαμηλότερης ενέργειας, επομένως οι φυσικοί πρέπει να μετρήσουν το ενεργειακό φάσμα των νετρίνων μιονίων σε κάθε ανιχνευτή για να δουν αν το σχήμα του αλλάζει με την απόσταση με τον σωστό τρόπο. Εκεί παίζει ρόλο η ικανότητα του ανιχνευτή υγρού αργού να υπολογίζει την ενέργεια των νετρίνων.
Οι πειραματιστές έχουν διαφορετικές απόψεις σχετικά με το εάν το διεθνές πρόγραμμα των 100 εκατομμυρίων δολαρίων θα καταλήξει να βρει το λατομείο του. "Τα δεδομένα προτιμούν το μοντέλο που έχει το αποστειρωμένο νετρίνο - κατά πολύ", λέει ο Conrad. Αλλά ο Zeller, ένας σκεπτικιστής, προειδοποιεί ότι οι υποδείξεις από το LSND και το MiniBooNE θα μπορούσαν να έχουν συμβατικές εξηγήσεις. "Τι λέει; Αν ακούς πατήματα οπλών πίσω σου, μάλλον είναι άλογο και όχι ζέβρα", λέει.
Αν και είναι επίσης δύσπιστη, η Schellman διστάζει να διαγράψει το αποστειρωμένο νετρίνο, επειδή επανειλημμένα τα νετρίνα έχουν αποδειχθεί πιο περίεργα από το αναμενόμενο. «Νόμιζα ότι οι ταλαντώσεις των νετρίνων ήταν μια ταλάντωση» μέχρι να ανακαλυφθούν, λέει. "Αποκρύπτω την κρίση."
