Wissenschaftler haben Beweise für die mögliche Existenz eines neuen Elementarteilchens, des sterilen Neutrinos, bestätigt. Solche Teilchen interagieren nur durch die Schwerkraft und nicht durch eine andere Kraft im Standardmodell der Teilchenphysik.
Ergebnisse des Baksan-Experiments (BEST) bestätigen Anomalien, die in frühen Experimenten mit solaren Neutrinoquellen entdeckt wurden. BEST bestrahlte ein Gefäß mit Gallium, einem silbrigen, weichen Metall, das bei Raumtemperatur flüssig ist, mithilfe einer hochintensiven Neutrinoquelle, die durch den Zerfall von radioaktivem Chrom entsteht. Neutrinos reagieren in Gallium zum Isotop Germanium-71. Dieses Isotop kann aus Gallium extrahiert und gezählt werden.
Die Forscher fanden heraus, dass die Menge an Germanium viel geringer war als aufgrund der Erkenntnisse der Kernphysik erwartet. Ähnliche Galliumanomalien entdeckten Wissenschaftler auch in einem Vorläuferexperiment.
Das Experiment ergab, dass das 71-Produkt von Germanium 20 bis 24 Prozent niedriger war als erwartet, basierend auf der Stärke der Neutrinoquelle und dem Verständnis der Wissenschaftler darüber, wie Neutrinos absorbiert werden. Diese Erkenntnisse widersprechen theoretischen Vorhersagen. Sie stimmen jedoch mit früheren Ergebnissen überein, die Wissenschaftler als Galliumanomalie bezeichnen.
Die Forscher teilten das Ziel in einen inneren und einen äußeren Teil auf, um nach Indikatoren für Neutrino-Oszillationen zu suchen. Es ist ein bekanntes Phänomen, dass sich Elektronenneutrinos aufgrund der Tatsache, dass Neutrinos eine Masse haben, in eine andere „Geschmacksrichtung“ wie Myonenneutrinos verwandeln. Die Forscher konnten keine Anzeichen dieser Schwankungen feststellen. Der Ursprung der Anomalie bleibt ein Rätsel.
BEST ist ein Experiment, das eine Meile unter der Erde am Mount Buck Neutrino-Observatorium im russischen Kaukasus stattfindet. Sein Zweck besteht darin, Defekte in Elektronenneutrinos (NE) zu untersuchen, die zuvor in vier von SAGE und der GALLEX Solar Neutrino Collaboration durchgeführten Kalibrierungsexperimenten gemeldet wurden. In der Studie verwendeten die Forscher etwa 47 Tonnen flüssiges Gallium (Ga)-Metall, aufgeteilt in zwei konzentrische Zonen, als Ziele für die Absorption von Neutrinos durch die Reaktion 71Ga(ne,e)71Ge. Sie platzierten die Chrom-51-Neutrinoquelle in der Mitte des Gallium-Targets und bestrahlten zwei Bereiche gleichzeitig. Da die Neutrino-Weglänge in jeder Region etwa einen Meter beträgt, weist BEST eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Schwingungen auf, die auf dieser Skala auftreten, was einer Differenz von etwa 1 eV2 im Quadrat der Neutrinomasse entspricht (eine sehr kleine Größenordnung in der Welt der Kernphysik). Die Forscher maßen die Intensität der Neutrinoquelle mittels Kalorimetrie und anderen Methoden mit einer Genauigkeit von besser als 1 Prozent. Der Mindestwert des Neutrino-Absorptionsquerschnitts wird durch die bekannte Elektroneneinfanglebensdauer von Germanium-71 bestimmt.
Das Fortbestehen dieser Anomalie ist rätselhaft. Es könnte ein Vorbote eines unbekannten experimentellen Artefakts sein, das bisher noch nicht entdeckt wurde, oder es könnte ein Vorbote einer neuen Physik sein, die die unerwartet große Abwesenheit von Neutrinos erklären könnte.
Zusammengestellt von /ScitechDaily