Iskolde neutrinoer holder på hemmelighederne
Den store neutrino-detektor, der er begravet i isen på Sydpolen, har ikke fundet spor efter en fjerde type neutrino. Denne neutrino var ellers en hypotetisk joker i den kosmiske kabale, og mange fysikere havde håbet på, at sådan en kunne forklare mørkt stof.
Morten Medici ved IceCube-observatoriet

Denne vinter var Morten Medici på Sydpolen for at arbejde på IceCube-observatoriet. Han skulle blandt andet finde ud af, hvor godt lys går gennem den is, som detektorerne er placeret i. (Foto: Morten Medici)

Alt i universet er bygget op af elementarpartikler. Fysikerne har godt styr på de fleste af dem, men neutrinoerne skiller sig ud. De passer nemlig ikke rigtig ind i den teori, som fysikerne har for partikler, den såkaldte standardmodel.

Ifølge denne model burde de tre forskellige neutrinoer – elektron-neutrinoen, myon-neutrinoen og tau-neutrinoen – være masseløse som fotonen, men det er de ikke. De har vist sig at være meget lette, men ikke helt uden masse.

Det kræver en forklaring, som fysikerne forsøger at finde.

Et bud har været, at en fjerde neutrino er jokeren i den kosmiske kabale.

Den hypotetiske partikel, der kaldes den sterile neutrino, kunne i teorien være med til at forklare de øvrige neutrinoers masse.

Og som en vigtig sidegevinst kunne det mørke stof, som udgør langt størstedelen af stoffet i universet, måske bestå af sterile neutrinoer.

LÆS OGSÅ: Oplev universets mindste og største byggestene

Ingen gevinst på Sydpolen

IceCube detektor

IceCube består af 5.160 lyssensorer placeret mellem 1,5 og 2,5 kilometer nede i isen. Lysglimt kan tyde på, at en neutrino har været forbi. Her ses, hvordan en neutrino med meget høj energi kan få mange detektorer til at reagere. (Illustration: IceCube Collaboration)

Sådan lød teorien, men den holder ikke. Den sterile neutrino findes højst sandsynligvis ikke, i hvert fald ikke i en let udgave.

Det viser nye data fra neutrinodetektoren IceCube på Sydpolen – et eksperiment, som forskere fra Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet er med i. Det nye resultat er publiceret i tidsskriftet Physical Review Letters.

»Der har været nogle eksperimenter inden for de seneste par årtier, som har peget i retning af, at der måske kunne være en fjerde neutrino ud over de tre, som vi kender. Den satte vi os for at lede efter med IceCube. Og vores nye analyse viser ingen tegn på, at den sterile neutrino skulle eksistere,« fortæller ph.d.-studerende Morten Medici fra Niels Bohr Institutet.

»Vores resultat udelukker ikke fuldstændig, at der kan findes sterile neutrinoer. Men vi kan i hvert fald udelukke, at det er sådan nogle, de andre eksperimenter ser.«

27-årige Morten Medici er med i IceCube-samarbejdet og blandt forfatterne til den videnskabelige artikel. Sidst i januar var han en tur på Sydpolen for at tage del i vedligeholdelsen af detektoren, og den tur fortalte han om i artiklen Flotte billeder fra Sydpolen: Ph.d.-studerende på sit livs eventyr.

Hvordan IceCube fanger små lysglimt, der er tegn på, at en neutrino har været forbi, kan man læse meget mere om i artiklen Gennembrud på Sydpolen: Nu kan neutrinoer bruges til astronomi.

Et spøgelse mindre

Hvor de kendte neutrinoer i forvejen kaldes spøgelsespartikler, fordi de kun uhyre sjældent vekselvirker med andre partikler og derfor typisk går lige igennem alting uden at efterlade sig spor, skulle den sterile neutrino være endnu mere diskret.

Den burde ifølge teorien være så godt som umulig at detektere.

Når forskerne bag IceCube så alligevel tør sige, at den nok ikke findes, er det fordi neutrinoer er naturens egne forvandlingskugler.

På deres vej forvandler de forskellige typer neutrinoer sig til hinanden.

IceCube grafik

IceCube kan opfange spor efter neutrinoer, der har taget turen tværs gennem Jorden. Hvis velkendte neutrinoer som myon-neutrinoer kunne forvandle sig til sterile neutrinoer, ville der komme færre myon-neutrinoer frem til detektoren, men det er ikke tilfældet. (Illustration: IceCube Collaboration)

Det vil ifølge teorien om sterile neutrinoer betyde, at nogle af de velkendte neutrinoer, som farer gennem Jorden, vil forvandle sig til sterile neutrinoer undervejs mod neutrinodetektoren på Sydpolen.

Læs også: Neutrinoers forvandling giver Nobelprisen i fysik

Hvis de sterile neutrinoer fandtes, ville IceCube opfange færre spor efter de kendte neutrinoer end ellers, for så ville en del af neutrinoerne være blevet sterile og umulige at detektere.

Men der manglede ingen neutrinoer i IceCube-regnskabet, og det peger på, at den sterile udgave slet ikke eksisterer.

»Men det er en vigtig pointe, at vi ikke erklærer den sterile neutrino helt død. Vi begrænser nogle parametre, så vi kan sige, at den anormalitet, der er set i andre eksperimenter, ikke skyldes en steril neutrino,« understreger Morten Medici.

Kan måske forklare universets stof

Det nye resultat betyder bestemt ikke, at fysikerne holder op med at interesse sig for neutrinoer. Måske kan den videre forskning i stedet løse et andet af universets store gåder, nemlig hvorfor der overhovedet findes andet end stråling i det.

Læs også: Antiatomer vejet for første gang

Ved big bang blev der dannet lige meget stof og antistof, som egentlig burde have udslettet – annihileret – hinanden. Men når vi kigger rundt i universet er det tydeligt, at der er langt mere stof end antistof. Det er muligt, at neutrinoer har spillet en vigtig rolle i den forbindelse.

Der er stadig noget helt specielt og noget forunderligt ved neutrinoerne, og måske vil det fortsatte studie af dem afsløre nye ting om universet.

Herunder fortæller IceCube-forskere om jagten på den sterile neutrino. Videoen er optaget, før det nye resultat blev offentliggjort.

(Video: IceCube Neutrino Observatory)

Lyt på Videnskab.dk!

Hver uge laver vi digital radio, der udkommer i form af en podcast, hvor vi går i dybden med aktuelle emner fra forskningens verden. Du kan lytte til den nyeste podcast i afspilleren herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Har du en iPhone eller iPad, kan du finde vores podcasts i iTunes og afspille dem i Apples podcast app. Bruger du Android, kan du med fordel bruge SoundClouds app.
Du kan se alle vores podcast-artikler her eller se hele playlisten på SoundCloud

Det sker