 |
Το γράφημα δείχνει την εικόνα του Σύμπαντος στα μικροκύματα από παρατηρήσεις του WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe). Οι διαφορετικά χρωματισμένες περιοχές αντιστοιχούν σε μικροσκοπικές διακυμάνσεις της έντασης της μικροκυματικής ακτινοβολίας σε διαφορετικές κατευθύνσεις παρατήρησης. Μελέτη των διακυμάνσεων είναι δυνατό να δώσει πληροφορίες για τα σωματίδια που υπήρχαν λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Τα τελευταία αποτελέσματα από τον WMAP δείχνουν ότι υπάρχουν 4 οικογένειες των νετρίνων. Ο οριζόντιος άξονας του γραφήματος πάνω δεξία αντιστοιχεί στον αριθμό των γεύσεων των νετρίνων. Η κόκκινη περιοχή προσδιορίζει το χώρο που είναι συμβατός με τις παρατηρήσεις. Το σφάλμα στη μέτρηση του αριθμού οικογενειών νετρίνων παραμένει υψηλό, και συνεπώς τα δεδομένα υποστηρίζουν ακόμα μόνο τρεις οικογένειες: το τεχνικό αποτέλεσμα 4.34±0.86 οικογένειες. Πειράματα στο CERN έδειξαν ότι υπάρχουν μόνο 3 οικογένειες νετρίνων που επηρεάζονται από την ασθενή δύναμη. Αν υπάρχει ένα τέταρτο νετρίνο, θα είναι "στείρο" ή αλώβητο από την ασθενή πυρηνική δύναμη. |
Από τα τέλη της δεκαετίας του 1990 όμως, πειράματα νετρίνων σε επιταχυντές έδειξαν ανεξήγητες ανωμαλίες στα δεδομένα, οι οποίες υποδείκνυαν την ύπαρξη ενός τέταρτου νετρίνου. Το υποτιθέμενο αυτό νέο σωματίδιο, το αποκαλούμενο "στείρο" (sterile) νετρίνο, είναι ακόμη πιο αδιόρατο από τα νετρίνα των τριών κανονικών γεύσεων, διότι δεν υπόκειται στην ασθενή πυρηνική δύναμη, όπως συμβαίνει με τα υπόλοιπα, αλλά αλληλεπιδρά μόνο μέσω της βαρύτητας.
Οι συνέπειες της ύπαρξής του στείρου νετρίνου ξεφεύγουν από τα όρια της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων. Μία σειρά από ανοιχτά θέματα της αστροφυσικής, όπως η φύση της αόρατης σκοτεινής ύλης, που αποτελεί το 85% της μάζας του Σύμπαντος, θα μπορούσαν να βρουν απάντηση στο στείρο νέτρινο. Δυστυχώς, η ιδιότητα του να αλληλεπιδρά με τα υπόλοιπα μόνο μέσω της βαρύτητας κάνει την επαλήθευση της ύπαρξης του εξαιρετικά δύσκολη υπόθεση για τους πυρηνικούς φυσικούς.
Πρόσφατες εξελίξεις στην αστρονομία επιτρέπουν πλέον τη μελέτη του υποατομικού φάσματος των στοιχειωδών σωματιδίων μέσω παρατηρήσεων του Σύμπαντος σε μεγάλες κλίμακες. Ο δορυφόρος Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) της NASA χαρτογραφεί από το 2001 τις μικροσκοπικές διακυμάνσεις της μικροκυματικής ακτινοβολίας που έχει απομείνει από τη Μεγάλη Έκρηξη. Το μοτίβο των διακυμάνσεων εμπεριέχει πληροφορίες για τη σούπα των σωματιδίων που υπήρχε λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Τα αποτελέσματα των παρατηρήσεων του WMAP υποδεικνύουν ότι ο πιο πιθανός αριθμός οικογενειών νετρίνων στις απαρχές του Σύμπαντος είναι τέσσερις. Αν η μέτρηση αυτή επαληθευθεί με καλύτερης ποιότητας δεδομένα (το σφάλμα στις υπάρχουσες παρατηρήσεις είναι ακόμη μεγάλο), πιθανόν να σημαίνει ότι ένας νέος τύπος νετρινου περιμένει να ανακαλυφθεί.
Οι συνέπειες της ύπαρξής του στείρου νετρίνου ξεφεύγουν από τα όρια της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων. Μία σειρά από ανοιχτά θέματα της αστροφυσικής, όπως η φύση της αόρατης σκοτεινής ύλης, που αποτελεί το 85% της μάζας του Σύμπαντος, θα μπορούσαν να βρουν απάντηση στο στείρο νέτρινο. Δυστυχώς, η ιδιότητα του να αλληλεπιδρά με τα υπόλοιπα μόνο μέσω της βαρύτητας κάνει την επαλήθευση της ύπαρξης του εξαιρετικά δύσκολη υπόθεση για τους πυρηνικούς φυσικούς.
Πρόσφατες εξελίξεις στην αστρονομία επιτρέπουν πλέον τη μελέτη του υποατομικού φάσματος των στοιχειωδών σωματιδίων μέσω παρατηρήσεων του Σύμπαντος σε μεγάλες κλίμακες. Ο δορυφόρος Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) της NASA χαρτογραφεί από το 2001 τις μικροσκοπικές διακυμάνσεις της μικροκυματικής ακτινοβολίας που έχει απομείνει από τη Μεγάλη Έκρηξη. Το μοτίβο των διακυμάνσεων εμπεριέχει πληροφορίες για τη σούπα των σωματιδίων που υπήρχε λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Τα αποτελέσματα των παρατηρήσεων του WMAP υποδεικνύουν ότι ο πιο πιθανός αριθμός οικογενειών νετρίνων στις απαρχές του Σύμπαντος είναι τέσσερις. Αν η μέτρηση αυτή επαληθευθεί με καλύτερης ποιότητας δεδομένα (το σφάλμα στις υπάρχουσες παρατηρήσεις είναι ακόμη μεγάλο), πιθανόν να σημαίνει ότι ένας νέος τύπος νετρινου περιμένει να ανακαλυφθεί.
Εφόσον το στείρο νετρίνο υπάρχει και αποτελεί σημαντικό ποσοστό της σκοτεινής ύλης, η μάζα του μπορεί να προσδιοριστεί από παρατηρήσεις στις ακτίνες Χ. Περιοχές του Σύμπαντος με μεγάλη συγκέντρωση σκοτεινής ύλης είναι δυνατό να εκπέμπουν ασθενής αλλά ανιχνεύσιμους παλμούς ακτίνων Χ, καθώς το στείρο νετρίνο αποσυντίθεται σε ελαφρότερα σωμάτια.
Είναι γνωστό ότι νάνοι γαλαξίες, με φωτεινή μάζα (δηλ. αστέρια) τάξεις μεγέθους μικρότερη γαλαξιών όπως ο δικός μας, έχουν μεγάλα ποσοστά σκοτεινής ύλης. Επιπλέον η ακτινοβολία Χ των αντικείμενων αυτών είναι αρκετά χαμηλή και άρα επιτρέπει την ανίχνευση του αμυδρού σήματος μου αναμένεται από την αποσύνθεση των στείρων νετρίνων.
Αστρονόμοι από τη NASA και το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια μελέτησαν το φάσμα ακτίνων Χ του Willman-1, ένος αμυδρού νάνου γαλαξία που περιφέρεται γύρω από τον δικό μας, με σκοπό να ανιχνεύσουν το σήμα από την διάσπαση των στείρων νετρίνων. Προς έκπληξη της επιστημονικής κοινότητας, τα δεδομένα υποδεικνύουν την ύπαρξη του αναμενόμενου σήματος, αν και οι παρατηρήσεις δεν είναι αρκετά ευαίσθητες για να αποκλειστεί η πιθανότητα το σήμα που ανιχνεύθηκε να είναι απλά θόρυβος.
Πιο πρόσφατα ο Δρ. Nestor Mirabal του Πανεπιστήμιου Complutensede της Μαδρίτης επανέλαβε το ίδιο πείραμα σε ένα άλλο νάνο δορυφόρο του Γαλαξία μας, τον Segue-1, ο οποίος βρίσκεται περίπου 815 χιλιάδες έτη φωτός μακριά από τη Γη και έχει τη μεγαλύτερη συγκέντρωση σκοτεινής ύλης σε σχέση με κάθε άλλο κοντινό μας γαλαξία. Ούτε σε αυτή την περίπτωση όμως δεν ανιχνεύθηκε σήμα ακτίνων Χ το οποίο να μπορεί με βεβαιότητα να αποδοθεί στα στείρα νετρίνα.
Παρόλα αυτά οι παραπάνω παρατηρήσεις εξακολουθούν να είναι εξαιρετικά χρήσιμες: είναι η πρώτη φόρα που επιστήμονες μπορούν να θέσουν όρια στη μάζα του υποτιθέμενου νέου τύπου νετρίνου βασιζόμενοι σε πειραματικά δεδομένα. Σε κάθε περίπτωση τα αρνητικά αποτελέσματα των παραπάνω μελετών δεν πτοούν τους αστρονόμους. Καθώς η ποιότητα των δεδομένων βελτιώνεται, είτε με νέα διαστημικά τηλεσκόπια ακτίνων-Χ ή πιο ευαίσθητες παρατηρήσεις, είναι σίγουρο ότι η μάζα του στείρου νετρίνου θα μπορέσει να προσδιοριστεί, εάν αυτό υπάρχει. Άλλωστε παρατηρήσεις γαλαξιών εκατοντάδες χιλιάδες έτη φωτός μακριά από τη Γη είναι αυτή τη στιγμή η πιο ελπιδοφόρα μέθοδος για την αναζήτηση του στείρου νετρίνου.