Mohou být neutrina zároveň hmotou i antihmotou? Fyzici to stále nevědí, a tak to provádějí
Proč potřebujeme tyto experimenty?
Pozorování astrofyziků ukazují, že Vesmírsestává téměř výhradně z hmoty, i když nevidíme téměř žádnou antihmotu. Laboratorní a urychlovací experimenty ukazují, že je možné vytvořit hmotu i antihmotu rovným dílem.
Účelem teorie velkého třesku je vysvětlit nerovnováhuvesmírná hmota. Podle něj může být hmota generována bez antihmoty v „malém třesku“ během ultravzácného jaderného procesu zvaného dvojitý beta rozpad bez neutrin.
Nyní skupina CUORE publikovala v časopise Naturečlánek o tom, jak hledala tento typ rozpadu pomocí izotopů telluru. Rozpad se nepodařilo detekovat, ale inženýři byli schopni udržovat velmi nízké teplotní podmínky a zároveň byly přístroje velmi citlivé: to vyžadovalo stabilní provoz více než tuny experimentálního zařízení při kryogenních teplotách blízkých -273,149.
Co autoři studovali?
Předmětem studie byla částice neutrina.Tyto částice jsou všude. Když člověk čte tuto větu, jedním prstem projde nekonečný počet neutrin. Neutrina nelze detekovat pomocí elektromagnetismu nebo silných jaderných sil. To je důvod, proč částice mohou procházet přímo člověkem a dokonce i Zemí.
Existuje mnoho neutrin, ale je obtížné je studovat. Na začátku svého výzkumu se fyzici domnívali, že tyto částice nemají žádnou hmotnost. Později se ukázalo, že tam byla mše, i když nepatrná.
Vědci však stále neodpověděli na jednu otázku:Může být neutrino hmotou i antihmotou? Každá částice má antičástici, jinými slovy, stejné částice, které se skládají pouze z antihmoty. Například elektrony mají antielektrony nebo pozitrony, kvarky mají antikvarky a neutrony a protony mají antineutrony a antiprotony. Ale pro neutrina taková antičástice nalezena nebyla.
Jak studovat neutrina?
Abychom pochopili, zda neutrina mají hypotetické antineutrino, musíme se pokusit reprodukovat možný druh radioaktivního rozpadu, nazývá se to dvojitý beta rozpad bez neutrin.
Samotný beta rozpad je běžnou formou rozpadu některých atomů a může přeměnit neutron nalezený v jádře atomu na proton.
Pokud mluvíme o dvojitém beta rozpadu, pak je tomu takvzácnější výskyt. V tomto případě nefunguje jeden neutron, ale dva. Během tohoto procesu emitují dva elektrony a dvě antineutrina. Fyzici tedy chtějí vyzkoušet dvojitý beta rozpad bez neutrina, aby zjistili, zda má antičástici.
Jaký byl experiment?
Výzkumníci ze skupiny CUORE oznámili na začátku dubna 2022 nové výsledky experimentu. Autoři chtěli studovat povahu neutrin.
Tým CUORE pracuje v laboratoři INFN GranSasso, které je před okolním světem chráněno zdmi a kamenem o tloušťce 1,4 km. Tam provedli jeden z nejcitlivějších experimentů na světě ke studiu dvojitého beta rozpadu bez neutrin.
Výsledky práce CUORE jsou založeny na obrovskémsoubor dat, je 10krát větší než jakýkoli jiný podobný experiment. Doposud se týmu nepodařilo pozorovat dvojitý beta rozpad bez neutrin, a to navzdory ultracitlivému vybavení. Místo toho vědci zjistili, že se v průměru vyskytuje v jediném atomu teluru ne více než jednou za 22 bilionů bilionů let. Tato informace je velmi důležitá pro nové objevy ve fyzice elementárních částic.
"Během jakýchkoli takových experimentů my."sledujeme jeden cíl – porozumět tomu, jak hmota vznikla, “řekl Carlo Bucci, výzkumník z INFN Gran Sasso National Laboratory (LNGS). Podle Rogera Huanga, postdoktorandského pracovníka Národní laboratoře Lawrence Berkeley na ministerstvu energetiky, vědci hledají proces, který by narušil symetrii přírody.
"Pokud uvidíme dvojitý beta rozpad bez neutrin,stane se nejvzácnějším procesem, jaký kdy lidé zaznamenali. Jeho poločas rozpadu je více než milion miliardkrát starší než vesmír,“ řekla Danielle Speller, docentka z Johns Hopkins University a členka CUORE Physics Council.
Podle výzkumníků, i když oninepodařilo opravit dlouho očekávaný proces, jsou spokojeni s výsledky práce, zejména s technickou složkou. Citlivost detektoru byla neuvěřitelně vysoká: když došlo v Chile a na Novém Zélandu k silným zemětřesením, vědci tuto aktivitu na detektoru viděli. Podle Laury Marini, výzkumnice z Institutu Gran Sasso, mohli sledovat vlny narážející na Jaderské moře, 60 km od laboratoře.
Jak budou takové experimenty probíhat v budoucnu?
Na základě CUORE se chystají vytvořit další generaci experimentů. Nástupcem CUORE je CUPID. Již se vyvíjí a očekává se, že bude 10krát citlivější než CUORE.
Přečtěte si více:
Po deseti letech práce vědci zpochybnili standardní model fyziky
MIT vytváří stacionární tepelný motor, který překonává turbíny
Startup vytvořil malé roboty, kteří pracují v lidském mozku