هل يمكن للنيوترينوات أن تكون مادة والمادة المضادة في نفس الوقت؟ لا يزال الفيزيائيون لا يعرفون ذلك، لذا يقومون بتنفيذه
لماذا نحتاج هذه التجارب؟
تظهر ملاحظات علماء الفيزياء الفلكية أن الكونيتكون بالكامل تقريبًا من المادة، على الرغم من أننا لا نرى أي مادة مضادة تقريبًا. تظهر التجارب المعملية والمصادمات أنه من الممكن خلق كل من المادة والمادة المضادة بأجزاء متساوية.
الغرض من نظرية الانفجار الكبير هو تفسير عدم التوازنالمادة الكونية. ووفقا لها، يمكن توليد المادة بدون المادة المضادة في “انفجار صغير”، خلال عملية نووية نادرة للغاية تسمى اضمحلال بيتا المزدوج بدون نيوترينوات.
الآن نشرت مجموعة CUORE في مجلة Natureمقالة حول كيفية بحثها عن هذا النوع من الاضمحلال باستخدام نظائر التيلوريوم. لم يكن من الممكن اكتشاف التحلل، لكن المهندسين تمكنوا من الحفاظ على ظروف درجة حرارة منخفضة جدًا وفي الوقت نفسه كانت الأدوات حساسة للغاية: وهذا يتطلب تشغيلًا مستقرًا لأكثر من طن من المعدات التجريبية في درجات حرارة مبردة قريبة من -273.149.
ماذا درس المؤلفون؟
وكان الهدف من الدراسة جسيم النيوترينو.هذه الجزيئات موجودة في كل مكان. يمر عدد لا نهائي من النيوترينوات عبر إصبع واحد عندما يقرأ الشخص هذه الجملة. لا يمكن اكتشاف النيوترينوات باستخدام القوى الكهرومغناطيسية أو القوى النووية القوية. ولهذا السبب يمكن للجسيمات أن تمر مباشرة عبر الإنسان وحتى عبر الأرض.
هناك الكثير من النيوترينوات، لكن دراستها صعبة. وفي بداية أبحاثهم، اعتقد الفيزيائيون أن هذه الجسيمات ليس لها كتلة. في وقت لاحق اتضح أن هناك كتلة، وإن كانت ضئيلة.
لكن العلماء لم يجيبوا بعد على سؤال واحد:هل يمكن للنيوترينو أن يكون مادة والمادة المضادة في نفس الوقت؟ كل جسيم لديه جسيم مضاد، وبعبارة أخرى، نفس الجسيمات، تتكون فقط من المادة المضادة. على سبيل المثال، تحتوي الإلكترونات على إلكترونات مضادة أو بوزيترونات، والكواركات لديها كواركات مضادة، والنيوترونات والبروتونات لديها نيوترونات مضادة وبروتونات مضادة. لكن لم يتم العثور على مثل هذا الجسيم المضاد للنيوترينوات.
كيف تدرس النيوترينوات؟
لفهم ما إذا كانت النيوترينوات تمتلك مضادًا افتراضيًا للنيوترينو ، يجب على المرء أن يحاول إعادة إنتاج نوع محتمل من الاضمحلال الإشعاعي ، يسمى تحلل بيتا المزدوج بدون نيوترينوات.
يعد تحلل بيتا في حد ذاته شكلاً شائعًا من أشكال التحلل في بعض الذرات ويمكنه تحويل النيوترون الموجود في نواة الذرة إلى بروتون.
إذا كنا نتحدث عن اضمحلال بيتا المزدوج، فهذا هوحدوث أكثر ندرة. في هذه الحالة، لا يعمل نيوترون واحد، بل اثنان. خلال هذه العملية، ينبعث منها إلكترونين واثنين من النيوترينوات المضادة. لذلك يريد الفيزيائيون تجربة اضمحلال بيتا المزدوج دون النيوترينو لمعرفة ما إذا كان يحتوي على جسيم مضاد.
كيف كانت التجربة؟
أعلن باحثون من مجموعة CUORE في أوائل أبريل 2022 نتائج جديدة من التجربة. أراد المؤلفون دراسة طبيعة النيوترينو.
يعمل فريق CUORE في مختبر INFN Granساسو، وهي محمية من العالم الخارجي بجدران وأحجار يبلغ سمكها 1.4 كم. هناك أجروا واحدة من أكثر التجارب حساسية في العالم لدراسة اضمحلال بيتا المزدوج بدون نيوترينوات.
نتائج عمل CUORE مبنية على ضخممجموعة البيانات ، فهي أكبر 10 مرات من أي تجارب أخرى مماثلة. حتى الآن ، لم يتمكن الفريق من رصد اضمحلال بيتا المزدوج بدون النيوترينوات ، على الرغم من المعدات فائقة الحساسية. بدلاً من ذلك ، وجد الباحثون أنه ، في المتوسط ، يحدث في ذرة تيلوريوم واحدة لا تزيد عن مرة واحدة كل 22 تريليون سنة. هذه المعلومات مهمة جدًا للاكتشافات الجديدة في فيزياء الجسيمات الأولية.
"خلال أي من هذه التجارب ، نحنقال كارلو بوتشي ، الباحث في مختبر INFN Gran Sasso الوطني (LNGS) ، "نسعى لتحقيق هدف واحد - فهم كيفية تشكل المادة". وفقًا لروجر هوانغ ، زميل ما بعد الدكتوراه في مختبر لورانس بيركلي الوطني التابع لوزارة الطاقة ، يبحث العلماء عن عملية تكسر تناسق الطبيعة.
"إذا رأينا اضمحلال بيتا المزدوج بدون نيوترينوات ،ستصبح أندر عملية سجلها البشر على الإطلاق. قالت دانييل سبيلر ، الأستاذة المساعدة في جامعة جونز هوبكنز وعضو مجلس الفيزياء CUORE ، إن نصف عمرها يزيد عن مليون مليار مرة من عمر الكون.
وفقا للباحثين رغم أنهمفشلوا في إصلاح العملية التي طال انتظارها ، فهم راضون عن نتائج العمل ، ولا سيما المكون الفني. كانت حساسية الكاشف عالية بشكل لا يصدق: عندما حدثت زلازل قوية في تشيلي ونيوزيلندا ، رأى الباحثون هذا النشاط على الكاشف. وبحسب لورا ماريني ، الباحثة في معهد غران ساسو ، كان بإمكانهم مشاهدة الأمواج وهي تتصادم في البحر الأدرياتيكي ، على بعد 60 كيلومترًا من المختبر.
كيف سيتم تنفيذ مثل هذه التجارب في المستقبل؟
استنادًا إلى CUORE ، سيقومون بإنشاء الجيل التالي من التجارب. خليفة CUORE هو CUPID. لقد تم تطويره بالفعل ومن المتوقع أن يكون أكثر حساسية بعشر مرات من CUORE.
قراءة المزيد:
بعد عشر سنوات من العمل ، شكك العلماء في النموذج القياسي للفيزياء
ينشئ معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا محركًا حراريًا ثابتًا يتفوق على التوربينات
ابتكرت شركة Startup روبوتات صغيرة تعمل في الدماغ البشري