Tudi sterilnih nevtrinov ni

Observatorij IceCube na južnem tečaju v dveh letih delovanja ni našel nobenih dokazov, ki bi potrjevali ali vsaj nakazovali obstoj sterilnih nevtrinov. Čeprav neobstoj dokaza ne dokazuje neobstoja, je to precej močan indic, da sterilnih nevtrinov bržkone ni. Vsaj v energijskem razponu 10 GeV do 10.000 TeV, kjer bi jih IceCube lahko zaznal, jih ni. S tem je skoraj pokopana ena izmed bolj elegantnih razširitev standardnega modela.

Nevtrini so eni izmed najzanimivejših delcev med sedemnajsterico, ki sestavlja standardni model. Predpostavili so jih pri študiji beta razpada, ki je fizike na začetku 20. stoletja begal več desetletij. Beta razpad je namreč navidezno kršil ohranitvene zakone, saj so meritve kazale, da se energija, gibalna količina in spin ne ohranjajo. To bi bilo sicer mogoče in bi lep del fizike spisali na novo, a verjetnejša razlaga je bila, da očitno nastane še tretji delec, ki ga ne moremo zaznati. Izkazalo se je, da je imel Pauli prav, saj sta 1956 Cowan in Reines prva zaznala nevtrine.

V standardnem modelu je 17 delcev, ki se delijo na kvarke, leptone, umeritvene bozone (nosilce sile) in Higgsov bozon. Nevtrini obstojijo v treh okusih - elektronskem, muonskem in tauonskem. Sprva so predvidevali, da so nevtrini brezmasni, odtod tudi njihovo ime, ki je v italijanščini pomanjševalnica, nove raziskave pa so pokazale, da to ne drži. Ker nevtrini oscilirajo, kakor se imenuje pretvarjanje iz enega okusa v drugega, za kar je bila lani podeljena Nobelova nagrada, to nujno pomeni, da imajo (sicer majhno, a neničelno) maso.

Glavni problem pri zaznavanju nevtrinov je njihova šibka interakcija s snovjo. Ker ne interagirajo z elektromagnetno silo, temveč le s šibko in gravitacijsko silo, jih je sila težko zaznati. Gravitacijski vpliv je daleč prešibek, da bi ga lahko zaznali, šibka interakcija pa je sila redka. Skozi Zemljo teče tok približno 65 milijard nevtrinov na kvadratni centimeter na sekundo, a jih praktično ne opazimo. Le tu in tam kakšen izbije kakšen elektron iz kakšnega atoma. Na tem temeljijo detektorji, med katerimi je IceCube največji. Uporablja kubični kilometer čistega ledu, okrog katerega so razvrščeni detektorji za svetlobo (fotone). Če nevtrino interagira s snovjo in nastane nabiti delec, ki se giblje hitreje od svetlobe v snovi, nastane sevanje Čerenkova. Detektorji to zaznajo.

Sterilni nevtrini pa so posebna hipotetična vrsta nevtrinov, ki ne bi interagirali niti s šibko interakcijo, temveč le z gravitacijo, česar ne moremo zaznati. K sreči bi jih lahko vseeno posredno odkrili, saj bi zaradi oscilacij (pretvorb med vrstami nevtrinov) pustili predvidljiv in zelo opazen vzorec na detektorjih, če jih usmerijo proti nevtrinom, ki so izdatno interagirali s snovjo. Tak primer so nevtrini, ki so leteli skozi Zemljino jedro, kar IceCube tudi vidi.

Sterilni nevtrini so (bili) aktualni zato, ker so ena izmed rešitev problema, ki je v standardnem modelu nastopil z odkritjem, da imajo nevtrini maso. Ko je bil model postavljen, so vse meritve kazale, da nevtrini nimajo mase. Dejstvo, da jo (čeprav zelo majhno) imajo, poleg obstoja temne snovi in obstoja materije namesto antimaterije, terja popravke standardnega modela, med katerimi je sterilni nevtrino ena izmed možnosti. Vprašanje, ali so nevtrini temna snov, pa je filozofsko. Ker ne interagirajo z elektromagnetno silo, so po definiciji temna snov. Zelo verjetno pa niso tisti glavni prispevek k temni snovi, ki obvladuje dogajanje v vesolju in katere provenienca še ni pojasnjena.