Experiment STEREO. Kredit: MPIK / ILL Grenoble.

Když milujete vědu, je to jako na divoké houpačce. Jednou jste svědky fascinujícího objevu, který zaplavuje svět opojnou vírou v možnosti výzkumu a jindy se zase zbortí oblíbená hypotéza, která neustála klíčový experiment. V tuto chvíli je smutno všem příznivcům sterilního neutrina, hypotetické částice, která má nebo spíše měla ambice být temnou hmotou.

Logo. Kredit: ILL Grenoble.

V institutu Institut Laue–Langevin (ILL) ve francouzském Grenoble mají výzkumný jaderný reaktor, který je jedním z nejvíce výkonných zdrojů neutronů na světě a poskytuje nejsilnější trvalý proud neutronů ze všech podobných zařízení. Na tomto reaktoru běžel mezi lety 2017 a 2020 experiment STEREO, který zkoumal antineutrina.

Tým s příznačným názvem STEREO Collaboration právě zveřejnil v časopisu Nature souhrnné výsledky svého experimentu. Badatelé mimo jiné vyloučili dosavadní náznaky existence sterilního neutrina, se kterým přitom počítá řada teorií. Jde o výsledky se značným přesahem v mnoha odvětvích fyziky. Pro sterilní neutrino je to podle všeho konečná, i když i v částicové fyzice platí oblíbené „nikdy neříkej nikdy.“

Reaktorová hala ILL Grenoble. Kredit: Nerd bzh / Wikimedia Commons.

Neutrina a antineutrina jsou elementární částice s nesmírně malou, ale podle všeho nenulovou hmotností. Velmi nerada interagují s jinými částicemi, což značně komplikuje jejich výzkum. V současné době známé tři neutrina (elektronové, mionové neutrino a tauonové neutrino) a tři odpovídající antineutrina.

V roce 2011 byla v experimentu MiniBooNE ve Fermilabu objevena anomálie, která spočívá v rozporu mezi předpovězenou a pozorovanou produkcí antineutrin v jaderných reaktorech. To vedlo k hypotéze o sterilním neutrinu, které by se mělo od ostatních neutrin lišit tím, že nepodléhá ani slabé jaderné interakci. Takové neutrino přitom bylo velmi slušným kandidátem na temnou hmotu.

Pátrání po sterilním neutrinu bylo jedním z hlavních úkolů experimentu STEREO, který byl založený na speciálním detektoru neutrin, umístěným 10 metrů od jádra reaktoru v ILL Grenoble. Experiment za dobu svého provozu detekoval více než 100 tisíc neutrin. Vědci potvrdili, že opravdu existuje anomálie v produkci antineutrin jaderným reaktorem. Ale zároveň přesvědčivě vyvrátili, že by tato anomálie byla založena na existenci sterilního neutrina.

Jak uvádí jeden z vedoucích odborníků STEREO Collaboration Christian Buck z německého Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPIK) v Heidelbergu, nenašli ani stopu po sterilním neutrinu. Zmíněná anomálie je podle něj zřejmě důsledkem problémů se statistikou kolem rozpadů částic v reaktoru, kvůli nimž se predikce liší od pozorování. Tedy výpočetní chyba. Každopádně jde o velmi silné zamítnutí sterilního neutrina a současně slušnou podporu pro stávající Standardní model s jeho uspořádáním známých neutrin. Zamáčkněme slzu a jede se dál. Temná hmota se sama neobjeví.

Video: The Institut Laue-Langevin, a member of the Grenoble GIANT alliance

Literatura

MPIK 11. 1. 2023.

Nature 613: 257–261.