Det var muligens en sjelden tau-nøytrino som var opphavet til det kraftigste signalet som har blitt registrert i IceCube-nøytrinodetektoren på Sydpolen.
I juni 2014 ble det fanget opp et signal i verdens største nøytrinodetektor IceCube, som er senket ned i isen på Sydpolen, og som utløste en energi på hele 2,6 peta-elektronvolt.
Det er ganske mye innenfor partikkelfysikken hvor sammenstøtene i LHC ved Cern ‘bare’ utløser en energi på 13 teraelektronvolt – og peta er 1000 ganger tera. Omregnet til joule er 2,6 PeV det samme som 0,4 mJ – og dermed virker det kanskje mindre imponerende.
Var det en myon-nøytrino ...
Signalet var langt kraftigere enn noe som er registrert før eller senere, så det vekker derfor naturlig nok stor interesse.
Den vanlige oppfattelsen har vært at det var snakk om en myon-nøytrino som ved et direkte sammenstøt med en atomkjerne i isen, gjorde det mulig å sende ut et myon, hvor energien ble målt av de optiske sensorene i isen.
De superlette nøytrinoene kommer i tre versjoner: elektron-nøytrinoer, myon-nøytrinoer og tau-nøytrinoer, som er i familie med henholdsvis elektronet og dens tyngre storebrødre med samme ladning: myon-partikkelen og tau-partikkelen.
... eller var det en tau-nøytrino?
I en artikkel, som nå etter hele to års saksbehandling har blitt offentliggjort i Physical Review Letters – noe som indikerer at artikkelen ikke umiddelbart falt i god jord hos redaktørene og reviewerne – forklarer Matthew D. Kistler og Rajan Laha, som begge var tilknyttet Stanford University i California da første versjon av artikkelen ble skrevet i 2016 (i dag er Laha tilknyttet Johannes Gutenberg-Universität Mainz i Tyskland), at detektorsignalet også kan skyldes en tau-nøytrino.
Artikkelen i Physical Review Letters viser for det første at det slett ikke er så enkelt å tolke deteksjoner av nøytrinoer.
Det finnes ingen mulighet for å detektere et nøytrino direkte, siden det alltid er snakk om indirekte hendelser som fører til konklusjoner.
Det er ikke uvanlig innenfor partikkelfysikken, hvor for eksempel Higgsbosonet også er oppdaget i forbindelse med spor satt av andre partikler, etter at Higgsbosonet selv er gått til grunne. Men når det gjelder 2,6 PeV-signalet i IceCube, sitter man bare med én enkelt hendelse, mens oppdagelsen av Higgsbosonet var basert på mange hendelser som til sammen gir den statistiske sikkerheten som må til.
Kistler og Laha konkluderer ikke om hvorvidt det kraftige signalet med sikkerhet skyldes en tau-nøytrino. De bemerker bare at det kan være en mulighet.
I så fall kom den langt borte fra
Når den muligheten er interessant, er det fordi tau-neutronier ikke kan dannes som elektron- og myon-nøytrinoer når kosmisk stråling treffer atmosfæren.
Den eneste forklaringen er i det gitte tilfellet, at tau-nøytrinoen har oppstått ved en oscillasjon fra et elektron-nøytrino eller et myon-nøytrino fra en kilde med stor kosmologisk avstand. Og når den avsatte energien i detektoren er på 2,6 PeV, må nøytrinoets energi ha vært omkring 100 PeV – som er en helt uventet høy energi, skriver Kistler og Laha.
Derfor er det bemerkelsesverdige signalet interessant å få definert skikkelig. Men hvordan det skal foregå, er mindre sikkert.
Artikkelen ble først publisert på ing.dk.
