Η ελληνική παρουσία στην έρευνα των νετρίνων

Ποιος άλλος από τον Γιώργο Τζανάκο, επιφανή ερευνητή και πρόεδρο του τελευταίου διεθνούς συνεδρίου για τα νετρίνα, που ολοκληρώθηκε τον περασμένο μήνα στη Αθήνα, θα μπορούσε να μας ξεναγήσει στο δαιδαλώδες τοπίο της έρευνας των νετρίνων;

Γιώργος Τζανάκος, επιφανής Ελληνας ερευνητής των νετρίνων και βασικός διοργανωτής του πρόσφατου διεθνούς συνεδρίου Neutrino 2010, στην Αθήνα - Ολοκληρώθηκε πρόσφατα στη Αθήνα, με μεγάλη επιτυχία, το 24ο Διεθνές Συνέδριο Φυσικής και Αστροφυσικής Νετρίνων (Neutrino 2010). Ποιος ήταν ο στόχος του συγκεκριμένου συνεδρίου;
«Το συνέδριο αυτό έχει ιστορία 38 ετών. Η επιλογή της Ελλάδας για το συνέδριο του 2010 έγινε ύστερα από ανταγωνιστικές προτάσεις από το Πανεπιστήμιο Αθηνών και το Imperial College της Αγγλίας το 2006. Ενας αποφασιστικός παράγων για την επιλογή της χώρας είναι η ενεργός συμμετοχή των ντόπιων επιστημόνων στη διεθνή έρευνα για τα νετρίνα.

Σκοπός του συνεδρίου ήταν να φέρει πιο κοντά για μία εβδομάδα έναν μεγάλο αριθμό φυσικών επιστημόνων απ' όλο τον κόσμο (περίπου 450), οι οποίοι εργάζονται στο πεδίο της φυσικής και αστροφυσικής των νετρίνων, για να ανακοινώσουν και να συζητήσουν τις προόδους που σημειώθηκαν στο πεδίο αυτό από το τελευταίο συνέδριο της Ν. Ζηλανδίας (Ιούνιος 2008) μέχρι σήμερα. Οι εργασίες του συνεδρίου επικεντρώθηκαν στους παρακάτω άξονες: θεωρία, νέα πειραματικά αποτελέσματα, σχεδίαση και προετοιμασία νέων βελτιωμένων πειραμάτων, επινόηση νέων διατάξεων για την ανίχνευση νετρίνων στο άμεσο μέλλον».
- Εκτός από το πιο πρόσφατο πείραμα OPERA, ποια άλλα σημαντικά ερευνητικά προγράμματα έχουν συμβάλει στη βαθύτερη κατανόηση της φύσης και της λειτουργίας των νετρίνων και σε ποια από αυτά συμμετέχει η Ελλάδα;
«Σημαντικά αποτελέσματα ανακοινώθηκαν στο συνέδριο στην Αθήνα για τα πειράματα MINOS και MiniBooNE του Εθνικού Εργαστηρίου Fermilab των ΗΠΑ και για το πείραμα OPERA του CERN-Gran Sasso. Και παρουσιάστηκαν αρκετά αξιόλογα προγράμματα, τα οποία στην επόμενη τετραετία αναμένεται να παράγουν σημαντικά αποτελέσματα στη φυσική και αστροφυσική των νετρίνων. Χάριν συντομίας θα επικεντρωθώ στα θέματα της μάζας και ταλάντωσης των νετρίνων.
Η ιδέα για το φαινόμενο της ταλάντωσης των νετρίνων προτάθηκε τη δεκαετία του 1960 από τον φυσικό Bruno Pontecorvo, μαθητή του Enrico Fermi. Το κυνήγι για την παρατήρηση του φαινομένου στο εργαστήριο ξεκίνησε τη δεκαετία του 1980. Υποψίες για το φαινόμενο αυτό υπήρχαν από το πείραμα του Davis, αναφορικά με την ελαττωμένη ροή ηλεκτρονικών νετρίνων του Ηλιου που φτάνουν στη Γη.
Ηδη κατά τη δεκαετία του 1990 ένα σχετικά "φτηνό" πείραμα, το DONuT, στο οποίο συμμετείχε το Πανεπιστήμιο Αθηνών με υποστήριξη από ένα πρόγραμμα της Γενικής Γραμματείας Ερευνας και Τεχνολογίας (ΓΓΕΤ), παρατήρησε για πρώτη φορά το ταυ-νετρίνο. Συνολικά, εννέα γεγονότα αλληλεπίδρασης του ταυ-νετρίνου ανιχνεύτηκαν στο πείραμα DONuT. Το πείραμα αυτό άρχισε να σχεδιάζεται το 1990, παρουσίασε τα πρώτα αποτελέσματα τον Ιούλιο του 2000 και η δημοσίευση τελικών αποτελεσμάτων έγινε το 2008, κάτι που δείχνει πόσο δύσκολα είναι τα πειράματα με νετρίνα! Η τεχνολογία μάλιστα που αναπτύχθηκε στο πείραμα αυτό (στόχοι από πυρηνικά γαλακτώματα μεγάλης μάζας) εφαρμόστηκε σε πολύ μεγαλύτερη κλίμακα στο πείραμα OPERA.
Κατά τη δεκαετία του 1990 προτάθηκε και εγκρίθηκε επίσης το πείραμα MINOS στο Fermilab, για να μετρήσει με τη μεγαλύτερη δυνατή ακρίβεια τις παραμέτρους της ταλάντωσης των μιονικών νετρίνων, με αποτελέσματα ανάλογα με αυτά που παρουσιάστηκαν στο φετινό συνέδριο».
- Θα θέλατε να μας εξηγήσετε τις ομοιότητες αλλά και τις διαφορές ανάμεσα στα δύο αυτά σημαντικά πειράματα, το MINOS και το OPERA;
«Στα πειράματα MINOS και OPERA μια δέσμη μιονικών νετρίνων παράγεται από την πηγή (επιταχυντή πρωτονίων) και αφήνεται να διαδοθεί με (σχεδόν) την ταχύτητα του φωτός σε μια απόσταση 735 χιλιομέτρων (περίπου). Στο ταξίδι αυτό, που διαρκεί περίπου 2,5 χιλιοστά του δευτερολέπτου, ένα σημαντικό ποσοστό των μιονικών νετρίνων εξαφανίζονται και εμφανίζονται ως ταυ-νετρίνα. Τα πειράματα MINOS και OPERA έχουν σχεδιαστεί έτσι ώστε να είναι συμπληρωματικά: το μεν MINOS μελετά το φαινόμενο της εξαφάνισης των μιονικών νετρίνων, το δε OPERA μελετά το φαινόμενο της εμφάνισης των ταυ-νετρίνων.
Το MINOS άρχισε να δίνει πειραματικά δεδομένα το 2005 και είναι τώρα σε μια φάση κατά την οποία τα αποτελέσματα της μέτρησης του φαινομένου της εξαφάνισης μιονικών νετρίνων να είναι τα ακριβέστερα παγκοσμίως, γεγονός που οδηγεί στον πλέον ακριβή υπολογισμό της πολύ μικρής μάζας των νετρίνων. Το OPERA τέθηκε σε λειτουργία πιο πρόσφατα και το σημερινό αποτέλεσμα (της παρατήρησης δηλαδή ενός γεγονότος ταυ-νετρίνου) είναι η πρώτη ένδειξη μεταμόρφωσης μιονικών νετρίνων σε ταυ-νετρίνα. Το MINOS ανακοίνωσε επιπλέον κάποια αποτελέσματα που αφορούν την ύπαρξη ή μη "στείρων ή άγονων" νετρίνων, δηλαδή νετρίνων που δεν αλληλεπιδρούν με την ύλη, αλλά υφίστανται μόνο τη δύναμη της βαρύτητας. Ενα πολύ σημαντικό και μη αναμενόμενο αποτέλεσμα ανακοινώθηκε επίσης από το MINOS: οι μετρημένες διαφορές μάζας των νετρίνων βρέθηκαν διαφορετικές από τις αντίστοιχες των αντινετρίνων, γεγονός που αντιβαίνει σε έναν "ιερό" νόμο της φυσικής, τη διατήρηση της συμμετρίας σε συνδυασμένους μετασχηματισμούς αναστροφής χρόνου, ομοτιμίας και συζυγίας ηλεκτρικού φορτίου (CPT). Επίσης ενδιαφέροντα αποτελέσματα από το πείραμα MiniBooNE του Fermilab δεν διαφωνούν με τα αποτελέσματα του MINOS σε ό,τι αφορά την παρατήρηση στείρων νετρίνων και τη συμμετρία CPT. Τα αποτελέσματα αυτά αντιμετωπίζονται με σκεπτικισμό επί του παρόντος και στο άμεσο μέλλον θα καταβληθούν σημαντικές πειραματικές προσπάθειες για την πλήρη κατανόησή τους.
Αλλα πειράματα, τα οποία σχεδιάζονται σήμερα στο Fermilab, είναι το MINERvA και το NOvA. Πρόκειται για ερευνητικά προγράμματα με διεθνή συμμετοχή, στα οποία συμμετέχει και η ερευνητική ομάδα μας από το Πανεπιστήμιο Αθηνών (με σχετικά περιορισμένη υποστήριξη από το Παν/μίο Αθηνών, και δυστυχώς χωρίς υποστήριξη εκ μέρους της ΓΓΕΤ)».