Představte si, že celý svůj profesní život zasvětíte hledání klíče k největší záhadě moderní vědy. Vybudujete obrovské laboratoře, utratíte miliardy a deset let sledujete jeden stopu. A pak zjistíte, že ta stopa nevedla nikam – hledaná částice prostě neexistuje.
Přesně tohle se stalo s tzv. sterilním neutrinem. Tato hypotetická částice měla vysvětlit podivné chování neutrin, které mátlo fyziky přes tři desetiletí. Ale nový výzkum z Fermilabu v Illinois, kde probíhal experiment MicroBooNE, poslal tuto teorii k ledu. Proč je to zpráva, která sice nic nepřinesla, ale zároveň neuvěřitelně pomohla?
V mé praxi jako novináře, který sleduje vědu, často vidím, že vyvrácení teorie je někdy důležitější než její potvrzení. A toto je přesně ten případ.
Proč nás neutrina stále straší?
Neutrina jsou jedny z nejpodivnějších částic, jaké známe. Jsou neuvěřitelně malé, nemají elektrický náboj a procházejí hmotou tak lehce, že trilióny neutrin projdou vaším tělem každou sekundu, aniž byste cokoli zaznamenali.
Už desítky let víme, že neutrina oscilují, tj. umí se přepínat mezi třemi známými druhy: elektronovým, mionovým a tau. Ale některé starší experimenty, jako byl LASS (které by se mohly odehrávat za humny naší AV ČR, kdybychom měli ty největší urychlovače), ukazovaly anomálie, které se těmito třemi typy vysvětlit nedaly.
K řešení nastoupilo sterilní neutrino.
- Mělo jít o čtvrtý typ neutrina.
- Na rozdíl od standardních částic, by interagovalo pouze s gravitací.
- Neinteragovalo by s hmotou.
Tím by sice bylo nesmírně těžké ho detekovat, ale mohlo by vyplnit mezery ve Standardním modelu částicové fyziky, který je základem našeho chápání vesmíru.
Projekt MicroBooNE: Jak chytit ducha do pasti
Někteří fyzici ve Fermilabu si mysleli, že jsou sterilnímu neutinu na stopě. Pozorovali, že se mionová neutrina měnila na elektronová neobvyklou rychlostí. Cílem experimentu MicroBooNE bylo tuto záhadu definitivně rozlousknout. Představte si to jako stavění největšího a nejcitlivějšího radaru.
MicroBooNE je obrovský detektor naplněný kapalným argonem. Jeho úkolem bylo sledovat, jak se neutrina mění během cesty. Hledaly se dva hlavní signály:
- Pokud by se mionová neutrina měnila na elektronová rychleji, než předpovídá Standardní model.
- Pokud by elektronová neutrina záhadně mizela, což by indikovalo, že se mění na neviditelné (sterilní) neutrina.
Bylo to jako hledání stínu. Vědci potřebovali chytit moment, kdy neutrinu „ujela ruka“ a udělalo něco, co nemělo v popisu práce. A tady přichází nečekaný zvrat.
A ten „duch“ nechal vědce na pokoji
Po letech sbírání a analyzování dat přišli vědci v časopise Nature s jasným verdiktem. Nenašli žádné důkazy.
„Nezjistili jsme žádné náznaky, ani přechodu [mionového na elektronové neutrino], ani mizení [elektronového neutrina],“ uvedli výzkumníci. Zkrátka a dobře, podivné chování, které se objevovalo ve starších datech, nebylo způsobeno sterilním neutrinem.
To, že jsme částici nenašli, je obrovský zisk.
Praktická hodnota nulového výsledku
Většina lidí si myslí, že věda postupuje jen tehdy, když se něco objeví. Mnozí přehlížejí, že odstranění slepé uličky je mnohem efektivnější. Sterilní neutrino bylo po léta jakousi Pandořinou skříňkou – elegantním, ale nepotvrzeným řešením všech potíží. Každý vědec, když narazil na problém, mohl říct: „Možná je to to sterilní neutrino.“
Z mého pohledu je to podobné, jako když se snažíte opravit prasklé potrubí v pražském bytě. Celé roky jste trápili sousedy (a váš účet), protože jste si mysleli, že problém je v centrálním topení, které jste nemohli ovlivnit. Teď konečně víte, že to centrální topení není viníkem, a můžete jít hledat jinde, třeba v ucpané odtokové jímce v koupelně.
Nyní, když je sterilní neutrino vyloučeno, mohou se fyzici:
- Zapomenout na zbytečně složité modely vesmíru.
- Zaměřit se na jiné, slibnější směry výzkumu.
- Uklidit si ve Standardním modelu (nezkomplikuje se novou částicí).
Díky experimentu MicroBooNE byla odstraněna obrovská nejistota. I když jsme nic nenašli, víme s jistotou, kam nepokračovat. A to je v honbě za tajemstvím vesmíru nesmírně cenná informace.
Co myslíte, jaká další „duchařská“ teorie v moderní vědě potřebuje podobně ráznou tečku, aby se mohla věda posunout dál?