Kann ein Neutrino sowohl Materie als auch Antimaterie sein?Sie wissen das nicht, also tun sie es
Warum brauchen wir diese Experimente?
Beobachtungen von Astrophysikern zeigen, dass das Universum fast ausschließlich aus Materie besteht, obwohl wir fast keine Antimaterie sehen.Laborexperimente und Experimente am Collider zeigen, dass es möglich ist, Materie und Antimaterie zu gleichen Teilen zu erzeugen.
Der Zweck der Urknalltheorie besteht darin, das Ungleichgewicht zu erklärenkosmische Materie. Demnach kann Materie ohne Antimaterie in einem „kleinen Knall“ während eines äußerst seltenen Kernprozesses namens Doppel-Beta-Zerfall ohne Neutrinos erzeugt werden.
Jetzt hat die CUORE-Gruppe in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichtArtikel darüber, wie sie mithilfe von Tellurisotopen nach dieser Art von Zerfall suchte. Der Zerfall konnte nicht festgestellt werden, aber die Ingenieure konnten sehr niedrige Temperaturbedingungen aufrechterhalten und gleichzeitig waren die Instrumente sehr empfindlich: Dies erforderte einen stabilen Betrieb von mehr als einer Tonne Versuchsausrüstung bei kryogenen Temperaturen nahe -273,149.
Was haben die Autoren studiert?
Das Objekt der Untersuchung war ein Neutrino-Teilchen.Diese Teilchen sind überall. Während eine Person diesen Satz liest, passieren unendlich viele Neutrinos einen Finger. Neutrinos können nicht mit Elektromagnetismus oder starken Kernkräften nachgewiesen werden. Aus diesem Grund können Partikel direkt durch einen Menschen und sogar die Erde dringen.
Es gibt viele Neutrinos, aber sie sind schwer zu untersuchen. Zu Beginn ihrer Forschung gingen die Physiker davon aus, dass diese Teilchen keine Masse hätten. Später stellte sich heraus, dass es eine Masse gab, wenn auch unbedeutend.
Doch eine Frage haben Wissenschaftler noch immer nicht beantwortet:Kann ein Neutrino sowohl Materie als auch Antimaterie sein? Jedes Teilchen hat ein Antiteilchen, also die gleichen Teilchen, die nur aus Antimaterie bestehen. Beispielsweise haben Elektronen Antielektronen oder Positronen, Quarks haben Antiquarks und Neutronen und Protonen haben Antineutronen und Antiprotonen. Für Neutrinos wurde ein solches Antiteilchen jedoch nicht gefunden.
Wie untersucht man Neutrinos?
Um zu verstehen, ob Neutrinos ein hypothetisches Antineutrino haben, muss man versuchen, eine mögliche Art radioaktiven Zerfalls zu reproduzieren, man nennt ihn doppelten Beta-Zerfall ohne Neutrinos.
Der Beta-Zerfall selbst ist eine häufige Form des Zerfalls einiger Atome und kann ein im Atomkern befindliches Neutron in ein Proton umwandeln.
Wenn wir über den doppelten Betazerfall sprechen, dann ist dies der Fallein selteneres Ereignis. In diesem Fall wirkt nicht ein Neutron, sondern zwei. Dabei emittieren sie zwei Elektronen und zwei Antineutrinos. Deshalb wollen Physiker den doppelten Betazerfall ohne Neutrino ausprobieren, um zu sehen, ob es ein Antiteilchen gibt.
Wie war der Versuch?
Forscher der CUORE-Gruppe gaben Anfang April 2022 neue Ergebnisse aus dem Experiment bekannt. Die Autoren wollten die Natur des Neutrinos untersuchen.
Das CUORE-Team arbeitet im INFN Gran-LaborSasso, der durch 1,4 km dicke Mauern und Steine vor der Außenwelt geschützt ist. Dort führten sie eines der empfindlichsten Experimente der Welt durch, um den doppelten Betazerfall ohne Neutrinos zu untersuchen.
Die Ergebnisse der Arbeit von CUORE basieren auf einer enormenDatensatz ist er zehnmal größer als alle anderen ähnlichen Experimente. Bisher konnte das Team trotz der ultraempfindlichen Ausrüstung keinen doppelten Betazerfall ohne Neutrinos beobachten. Stattdessen fanden die Forscher heraus, dass es in einem einzelnen Telluratom im Durchschnitt nicht mehr als einmal alle 22 Billionen Billionen Jahre vorkommt. Diese Informationen sind sehr wichtig für neue Entdeckungen in der Elementarteilchenphysik.
„Während solcher Experimente haben wirWir verfolgen ein Ziel – zu verstehen, wie sich Materie gebildet hat “, sagte Carlo Bucci, Forscher am INFN Gran Sasso National Laboratory (LNGS). Laut Roger Huang, einem Postdoktoranden am Lawrence Berkeley National Laboratory des Department of Energy, suchen Wissenschaftler nach einem Prozess, der die Symmetrie der Natur bricht.
„Wenn wir einen doppelten Beta-Zerfall ohne Neutrinos sehen,es wird der seltenste Prozess, den Menschen je aufgezeichnet haben. Seine Halbwertszeit ist mehr als eine Million Milliarden Mal so alt wie das Universum“, sagte Danielle Speller, außerordentliche Professorin an der Johns Hopkins University und Mitglied des CUORE Physics Council.
Laut den Forschern, obwohl sieden lang ersehnten Prozess nicht fixieren konnten, sind sie mit den Ergebnissen der Arbeit, insbesondere der technischen Komponente, zufrieden. Die Empfindlichkeit des Detektors war unglaublich hoch: Bei starken Erdbeben in Chile und Neuseeland sahen die Forscher diese Aktivität auf dem Detektor. Laut Laura Marini, einer Forscherin am Gran-Sasso-Institut, konnten sie beobachten, wie die Wellen 60 km vom Labor entfernt gegen die Adria prallten.
Wie werden solche Experimente in Zukunft durchgeführt?
Basierend auf CUORE werden sie die nächste Generation von Experimenten erstellen. Der Nachfolger von CUORE ist CUPID. Es befindet sich bereits in der Entwicklung und soll zehnmal empfindlicher sein als CUORE.
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