Nenulová hmota neutrina konečně prokázána?

Na konferenci Neutrino ´98 oznámil 5. června 1998 japonsko-americký tým experimentálních fyziků, kteří pracují na obřím podzemním detektoru SuperKamiokande, že s vysokou věrohodností pozoruje efekt neutrinových oscilací, jež jsou nutně spojeny s nenulovou hmotou některého z neutrin. Zpráva byla rovněž uvolněna pro tisk a obletěla svět – objevila se i na titulní straně listu New York Times. Termín „oscilace“ znamená, že určitý typ neutrina se periodicky – v závislosti na vzdálenosti od zdroje – mění samovolně na jiný typ. Tento čistě kvantový jev předpověděl poprvé před 40 lety Bruno Pontecorvo a v uplynulých letech byl předmětem zájmu stále rostoucího počtu experimentálních skupin po celém světě. Dosud existovala řada údajů svědčících ve prospěch existence neutrinových oscilací v několika různých experimentech, ale skupina Super-Kamiokande jako první interpretuje své výsledky jednoznačně. V tomto případě jde o atmosférická neutrina (tj. taková, jež mají původ v kosmickém záření) a pozoruje se výrazný úbytek neutrin mionového typu v závislosti na proběhnuté vzdálenosti, zatímco počet detegovaných elektronových neutrin je téměř konstantní. Fyzikové ze Super-Kamiokande interpretují pozorovaný jev jako oscilace mionových neutrin s přechodem na třetí dosud známý typ – neutrino tau, popř. na nějaký nový exotický typ („sterilní neutrino“). Naměřená data odpovídají rozdílu kvadrátů hmot (resp. klidových energií) oscilujících neutrin přibližně 0,005 eV², což dává dolní mez na hmotu neutrina zhruba 0,07 eV (to je zhruba desetimiliontina klidové hmoty nejlehčí dosud známé částice – elektronu). Míchání (v odborném slangu mixing) oscilujících neutrin je přitom téměř maximální (tj. „směšovací úhel“ je blízký 45°). Jde o mimořádně významný objev, neboť otázka hmoty neutrina byla závažným otevřeným problémem fyziky elementárních částic po více než 60 let a některá teoretická schémata dávala přednost nehmotným neutrinům. Výsledek týmu SuperKamiokande vede k nutnosti rozšířit a zobecnit současný „minimální“ standardní model elementárních částic a nepřímo poskytuje podporu modelům „velkého sjednocení“ slabých, elektromagnetických a silných interakcí. Nenulová hmota neutrina má rovněž velký význam pro kosmologii, neboť tak lze vysvětlit alespoň část chybějící hmoty ve vesmíru. Uvedená minimální hodnota je však zřejmě příliš malá na to, aby dala hustotu hmoty vesmíru blízkou kritické hodnotě (která rozlišuje mezi otevřeným a uzavřeným vesmírem). V každém případě jde o objev prvořadé důležitosti, který povzbudí úsilí experimentátorů i teoretiků ve fyzice elementárních částic.