Triljoenen neutrino's, of spookdeeltjes, gaan elke seconde door ons heen. Hoewel wetenschappers dit feit kennen, ze weten niet welke rol neutrino's spelen in het universum, omdat ze duivels moeilijk te meten zijn.

Nieuwe metingen van neutrino-oscillaties, waargenomen bij het IceCube Neutrino Observatorium op de Zuidpool, hebben licht geworpen op openstaande vragen met betrekking tot fundamentele eigenschappen van neutrino's. Deze nieuwe metingen van neutrino's als ze van het ene type naar het andere veranderen terwijl ze reizen, werden gepresenteerd op de American Physical Society Meeting in Washington. Ze kunnen helpen bij het opvullen van belangrijke hiaten in het standaardmodel, de theorie die het gedrag van fundamentele deeltjes beschrijft op elke energieschaal die wetenschappers hebben kunnen meten.

"Hoewel het standaardmodel een nauwkeurige theorie is, het laat gapende gaten achter, zoals de aard van donkere materie en hoe een universum gevuld met materie, in plaats van anti-materie, ontstaan ​​uit de oerknal. We weten nog niet hoe we ze moeten vullen, " zei Tyce DeYoung, MSU universitair hoofddocent natuurkunde en sterrenkunde. "We hopen dat door de eigenschappen van neutrino's te meten, zoals hun massa's en hoe ze van de een in de ander morphen of oscilleren, we kunnen wat aanwijzingen krijgen in deze open vragen."

Neutrino's zijn rare deeltjes. In tegenstelling tot andere elementaire deeltjes waaruit gewone materie bestaat, zoals elektronen en quarks, neutrino's hebben geen elektrische lading. Ze zijn ook minstens een miljoen keer lichter dan enig ander deeltje dat de wetenschap kent. In feite, hun massa's zijn zo klein dat wetenschappers ze nog niet nauwkeurig hebben kunnen meten.

Met dit in gedachten, DeYoung vergelijkt zijn werk met een visreis, een waarin wetenschappers niet helemaal zeker zijn van het beste aas om te gebruiken. "Vissen" door het ijs van Antarctica, Hoewel, levert veelbelovende resultaten op en vernauwt de zoekopdracht.

"Als natuurkundigen, we hoopten dat het Higgs-deeltje ons zou wijzen op de fysica die buiten het standaardmodel ligt; helaas, onze metingen van de Higgs hebben niet veel aanwijzingen opgeleverd, "Zei DeYoung. "Dus we hopen dat we iets kunnen vinden door neutrino's te bestuderen. IceCube detecteert neutrino's met een breder scala aan energieën en afstanden dan andere experimenten, dus wierpen we een breed net."

Energetische neutrino's geproduceerd door kosmische straling die de atmosfeer van de aarde raken, kunnen worden gedetecteerd op de zuidpool, het gebruik van het Antarctische ijs als een deeltjesdetector als geen ander op de planeet.

De IceCube-gegevens suggereren dat één soort neutrino exact gelijke hoeveelheden van twee neutrino-"smaken" kan bevatten.

"Neutrino's hebben de gewoonte om te veranderen, of oscillerend, tussen drie soorten, we noemen ze 'smaken, '" zei Joshua Hignight, de MSU-onderzoeksmedewerker die de nieuwe resultaten op de bijeenkomst presenteerde. "Dus, als één neutrino een precies gelijke mix is ​​van twee smaken, het zou een verrassend toeval kunnen zijn of er zou een diepere reden kunnen zijn voor de fysica die verder gaat dan het standaardmodel."

Deze metingen komen overeen met resultaten van andere experimenten met neutrino's met lagere energieën, maar of dit smaakmengsel precies in balans is, staat nog ter discussie. De IceCube-fysici zullen hun analyse blijven verfijnen en meer gegevens verzamelen. Toekomstige gegevens zullen het mogelijk maken deze metingen nauwkeuriger te doen, zei De Jong.

IceCube is 's werelds grootste neutrino-detector, met behulp van een miljard ton van de Antarctische ijskap onder het Amerikaanse Amundsen-Scott Zuidpoolstation om neutrino's te observeren. Het wordt beheerd door een samenwerking van 300 natuurkundigen van 48 universiteiten en nationale laboratoria in 12 landen. De bouw werd mogelijk gemaakt door steun van de National Science Foundation en andere internationale financieringsinstanties.