Могат ли неутриното да бъдат едновременно материя и антиматерия? Физиците все още не знаят това, така че изпълняват
Защо са ни необходими тези експерименти?
Наблюденията на астрофизиците показват, че Вселенатасе състои почти изцяло от материя, въпреки че не виждаме почти никаква антиматерия. Лабораторни експерименти и експерименти в колайдер показват, че е възможно да се създадат както материя, така и антиматерия в равни части.
Целта на теорията за Големия взрив е да обясни дисбалансакосмическа материя. Според него материята може да бъде генерирана без антиматерия в „малък взрив“, по време на ултра рядък ядрен процес, наречен двоен бета разпад без неутрино.
Сега групата CUORE публикува в списанието Natureстатия за това как е търсила този тип разпад, използвайки изотопи на телур. Разпадът не можеше да бъде открит, но инженерите успяха да поддържат много ниски температурни условия и в същото време инструментите бяха много чувствителни: това изискваше стабилна работа на повече от един тон експериментално оборудване при криогенни температури, близки до -273.149.
Какво са изследвали авторите?
Обектът на изследването беше частица неутрино.Тези частици са навсякъде. Безкраен брой неутрино преминават през един пръст, докато човек чете това изречение. Неутрино не могат да бъдат открити с помощта на електромагнетизъм или мощни силни ядрени сили. Ето защо частиците могат да преминат директно през човек и дори през Земята.
Има много неутрино, но те са трудни за изследване. В началото на своите изследвания физиците смятаха, че тези частици нямат маса. По-късно се оказа, че има маса, макар и незначителна.
Но учените все още не са отговорили на един въпрос:Може ли едно неутрино да бъде едновременно материя и антиматерия? Всяка частица има античастица, с други думи, същите частици, само състоящи се от антиматерия. Например електроните имат антиелектрони или позитрони, кварките имат антикварки, а неутроните и протоните имат антинеутрони и антипротони. Но такава античастица не е намерена за неутрино.
Как да изучаваме неутрино?
За да се разбере дали неутрините имат хипотетично антинеутрино, трябва да се опитаме да възпроизведем възможен вид радиоактивен разпад, той се нарича двоен бета разпад без неутрино.
Самото бета разпадане е често срещана форма на разпадане в някои атоми и може да преобразува неутрон, намиращ се в ядрото на атома, в протон.
Ако говорим за двоен бета разпад, тогава това епо-рядко явление. В този случай работи не един неутрон, а два. По време на този процес те излъчват два електрона и две антинеутрино. Така че физиците искат да опитат двойно бета разпадане без неутрино, за да видят дали има античастица.
Как беше експериментът?
Изследователи от групата CUORE обявиха в началото на април 2022 г. нови резултати от експеримента. Авторите искаха да проучат природата на неутриното.
Екипът на CUORE работи в лаборатория INFN GranСасо, който е защитен от външния свят със стени и камък с дебелина 1,4 км. Там те проведоха един от най-чувствителните експерименти в света за изследване на двоен бета разпад без неутрино.
Резултатите от работата на CUORE се основават на огромнанабор от данни, той е 10 пъти по-голям от всички други подобни експерименти. Досега екипът не е успял да наблюдава двойно бета разпад без неутрино, въпреки свръхчувствителното оборудване. Вместо това изследователите откриха, че средно се среща в един атом на телур не повече от веднъж на всеки 22 трилиона трилиона години. Тази информация е много важна за новите открития във физиката на елементарните частици.
„По време на всякакви подобни експерименти ниепреследваме една цел - да разберем как се е образувала материята “, каза Карло Бучи, изследовател в Националната лаборатория INFN Gran Sasso (LNGS). Според Роджър Хуанг, постдокторант в Националната лаборатория Лорънс Бъркли към Департамента по енергетика, учените търсят процес, който нарушава симетрията на природата.
„Ако видим двойно бета разпад без неутрино,това ще стане най-редкият процес, който хората някога са записвали. Неговият полуразпад е повече от милион милиарда пъти по-голям от възрастта на Вселената“, каза Даниел Спелър, доцент в университета Джон Хопкинс и член на борда по физика на CUORE.
Според изследователите, въпреки че тене успяха да поправят дългоочаквания процес, те са доволни от резултатите от работата, по-специално от техническия компонент. Чувствителността на детектора беше невероятно висока: когато се случиха силни земетресения в Чили и Нова Зеландия, изследователите видяха тази активност на детектора. Според Лаура Марини, изследовател от Института Гран Сасо, те са могли да наблюдават вълните, които се разбиват в Адриатическо море, на 60 км от лабораторията.
Как ще се провеждат подобни експерименти в бъдеще?
Въз основа на CUORE те ще създадат следващото поколение експерименти. Наследникът на CUORE е CUPID. Той вече се разработва и се очаква да бъде 10 пъти по-чувствителен от CUORE.
Прочетете още:
След десет години работа учените поставиха под въпрос стандартния модел на физиката
MIT създава стационарен топлинен двигател, който превъзхожда турбините
Startup създаде малки роботи, които работят в човешкия мозък