Forskare vid Fermilabs MicroBooNE-experiment har fastställt att det länge hypotesiserade sterila neutrinoneutrinet inte existerar, baserat på högprecisa mätningar av neutrinobeteende. Resultaten, publicerade i Nature, visar att neutriner beter sig som förväntat utan bevis för en fjärde typ, vilket avslutar en decenniegammal teori. Detta resultat banar väg för nya undersökningar och avancerade experiment som DUNE.
I årtionden har fysiker sökt förklaringar till förbryllande neutrinobeteenden som utmanat den standardmodellen inom partikelfysik. Anomalier observerade i experiment som Liquid Scintillator Neutrino Detector (LSND) på 1990-talet och MiniBooNE vid Fermilab antydde möjlig existens av ett sterilt neutrino – en hypotetisk fjärde typ som interagerar annorlunda än de kända elektron-, myon- och tauneutrinona. «Den mest populära förklaringen till dessa anomalier under de senaste 30 åren har varit en hypotetisk steril neutrino», sade Justin Evans, professor vid University of Manchester och medtalsperson för MicroBooNE. För att testa denna idé drevs MicroBooNE-experimentet från 2015 till 2021 vid Fermilab med en flytande argon-tidsprojektionskammare för att fånga neutrinointreaktioner i detalj. Forskare producerade myonneutriner och letade efter oväntade framträdanden av elektronneutriner, vilket skulle indikera sterila neutrinoers inblandning. Istället matchade data förutsägelserna från tre-smakmodellen, utan överskott av elektronneutriner. «Neutriner är undflyende fundamentala partiklar som är svåra att detektera experimentellt, men bland de mest abundanta partiklarna i universet», förklarade David Caratelli, biträdande fysikprofessor vid UC Santa Barbara och fysikkoordinator för analysen. Resultaten, byggda på en artikel från 2025 i Physical Review Letters, utesluter effektivt den sterila neutrino-hypotesen. Denna utveckling markerar en skiftning i neutrinoforskning. Medan de ursprungliga anomalierna förblir oförklarade överväger forskare nu alternativ som felidentifierade fotoner eller ny fysik. MicroBooNE:s tekniker har stärkt förberedelserna för Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) i South Dakota, som kommer att undersöka djupare frågor som materia-antimateria-asymmetri. «En av de viktigaste sakerna som MicroBooNE gjorde var att ge oss allihop förtroende och lära oss hur man använder denna teknologi för att mäta neutriner med hög precision», noterade Caratelli. Arbetet stöddes av U.S. Department of Energy och National Science Foundation.