Dari mana neutrino mendapatkan massa mereka? Ini adalah misteri, salah satu yang paling membingungkan dalam Model Standar fisika partikel. Tetapi tim fisikawan berpikir mereka tahu bagaimana menyelesaikannya.
Inilah masalahnya: Neutrino aneh. Partikel ultra-pingsan, kebanyakan dari mereka sangat rendah energi dan tidak substansial sehingga mereka melewati seluruh planet kita tanpa henti. Selama beberapa dekade, para ilmuwan berpikir bahwa mereka tidak memiliki massa sama sekali. Dalam versi asli dari Model Standar, yang menggambarkan fisika partikel, neutrino sama sekali tidak berbobot. Sekitar dua dekade lalu, itu berubah. Fisikawan sekarang tahu bahwa neutrino memiliki massa, meskipun dalam jumlah sangat kecil. Dan mereka belum yakin persis mengapa massa itu.
Kita dapat memecahkan misteri itu, sebuah makalah baru yang diterbitkan 31 Januari dalam jurnal Physical Review Letters berpendapat. Dengan waktu dan data yang cukup, neutrino berenergi tertinggi yang dapat kita deteksi seharusnya membantu membuka kunci rahasia pada massa mereka.
Mendeteksi resonansi neutrino
Neutrino datang dengan jumlah energi yang berbeda: Dua partikel yang identik akan berperilaku sangat berbeda tergantung pada berapa banyak energi yang mereka bawa.
Sebagian besar neutrino yang dapat kita deteksi berasal dari matahari kita dan beberapa sumber energi super-terang di Bumi (seperti reaktor nuklir), dan energi yang relatif rendah. Dan neutrino energi rendah menyelinap melalui potongan materi dengan mudah, tanpa membenturkan apa pun. Tetapi planet kita juga dibombardir oleh neutrino berenergi jauh lebih tinggi. Dan ini jauh lebih mungkin untuk menabrak partikel lain, seperti trailer traktor yang berteriak di jalan raya di jalur yang lewat.
Kembali pada tahun 2012, sebuah detektor partikel online di Antartika yang dirancang untuk mendeteksi neutrino berenergi lebih tinggi. Tetapi detektor, bernama IceCube, tidak dapat merasakannya secara langsung. Alih-alih, ia mencari akibat dari tabrakan neutrino berenergi tinggi dengan molekul air di es di sekitarnya - tabrakan yang menghasilkan semburan partikel jenis lain yang dapat dideteksi IceCube. Biasanya semburan itu berantakan, menghasilkan berbagai partikel. Tetapi kadang-kadang mereka luar biasa bersih - hasil dari proses yang disebut resonansi, kata rekan penulis studi Bhupal Dev, seorang ahli fisika di Universitas Washington di St. Louis.
Ketika sebuah neutrino menabrak partikel lain, khususnya sebuah elektron, e itu kadang-kadang akan melalui proses yang dikenal sebagai resonansi Glashow, Dev mengatakan kepada Live Science bahwa resonansi menyatukan dua partikel bersama-sama dan mengubahnya menjadi sesuatu yang baru: boson W. Pertama kali diusulkan pada tahun 1959, resonansi Glashow membutuhkan energi yang sangat tinggi, dan satu contoh mungkin muncul di IceCube pada tahun 2018, menurut sebuah pembicaraan tahun 2018 di sebuah konferensi neutrino.
Tetapi menurut Dev dan rekan penulisnya, mungkin ada jenis resonansi lain di luar sana. Salah satu teori yang lebih populer tentang bagaimana neutrino mendapatkan massa mereka dikenal sebagai "model Zee." Dan di bawah model Zee, akan ada jenis resonansi lain seperti Glashow, menghasilkan partikel baru, yang dikenal sebagai "ledakan Zee," tulis para peneliti dalam studi baru. Dan resonansi itu akan berada dalam kemampuan IceCube untuk mendeteksi.
Jika ledakan Zee terdeteksi, itu akan mengarah pada pembaruan radikal dari Model Standar, sepenuhnya mengubah cara fisikawan melihat neutrino, kata Dev.
Model Zee akan beralih dari teori ke sains yang kuat, dan model neutrino yang ada akan dibuang.
Tetapi IceCube hanya sensitif terhadap rentang energi neutrino tertentu, dan kondisi yang akan menghasilkan semburan Zee berada di tepi luar kisaran itu. Waktu yang diberikan, satu insiden seperti itu kemungkinan akan terdeteksi oleh IceCube di beberapa titik dalam 30 tahun ke depan.
Namun untungnya, pembaruan untuk IceCube akan datang, para peneliti mencatat. Setelah detektor ditingkatkan ke IceCube-Gen 2 yang jauh lebih besar dan lebih sensitif (itu tidak jelas kapan ini akan terjadi), perangkat yang lebih sensitif harus dapat mengambil ledakan Zee hanya dalam waktu tiga tahun - jika ledakan Zee benar-benar di luar sana.
Dan jika ledakan Zee tidak ada di luar sana, dan model Zee salah, misteri massa neutrino hanya akan semakin dalam.
