Μπορούν τα νετρίνα να είναι και ύλη και αντιύλη; Οι φυσικοί εξακολουθούν να μην το γνωρίζουν αυτό, οπότε το κάνουν
Γιατί χρειαζόμαστε αυτά τα πειράματα;
Οι παρατηρήσεις των αστροφυσικών δείχνουν ότι το Σύμπαναποτελείται σχεδόν εξ ολοκλήρου από ύλη, αν και δεν βλέπουμε σχεδόν καθόλου αντιύλη. Εργαστηριακά πειράματα και επιταχυντές δείχνουν ότι είναι δυνατό να δημιουργηθεί τόσο ύλη όσο και αντιύλη σε ίσα μέρη.
Ο σκοπός της θεωρίας του Big Bang είναι να εξηγήσει την ανισορροπίακοσμική ύλη. Σύμφωνα με αυτό, η ύλη μπορεί να δημιουργηθεί χωρίς αντιύλη σε μια «μικρή έκρηξη», κατά τη διάρκεια μιας εξαιρετικά σπάνιας πυρηνικής διαδικασίας που ονομάζεται διπλή διάσπαση βήτα χωρίς νετρίνα.
Τώρα η ομάδα CUORE έχει δημοσιεύσει στο περιοδικό Natureάρθρο για το πώς αναζήτησε αυτό το είδος διάσπασης χρησιμοποιώντας ισότοπα τελλουρίου. Η αποσύνθεση δεν μπορούσε να ανιχνευθεί, αλλά οι μηχανικοί κατάφεραν να διατηρήσουν συνθήκες πολύ χαμηλής θερμοκρασίας και ταυτόχρονα τα όργανα ήταν πολύ ευαίσθητα: αυτό απαιτούσε σταθερή λειτουργία πάνω από έναν τόνο πειραματικού εξοπλισμού σε κρυογονικές θερμοκρασίες κοντά στο -273,149.
Τι μελέτησαν οι συγγραφείς;
Το αντικείμενο της μελέτης ήταν ένα σωματίδιο νετρίνων.Αυτά τα σωματίδια είναι παντού. Ένας άπειρος αριθμός νετρίνων περνούν από ένα δάχτυλο καθώς ένα άτομο διαβάζει αυτήν την πρόταση. Τα νετρίνα δεν μπορούν να ανιχνευθούν χρησιμοποιώντας ηλεκτρομαγνητισμό ή ισχυρές ισχυρές πυρηνικές δυνάμεις. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα σωματίδια μπορούν να περάσουν απευθείας από ένα άτομο, ακόμη και από τη Γη.
Υπάρχουν πολλά νετρίνα, αλλά είναι δύσκολο να μελετηθούν. Στην αρχή της έρευνάς τους, οι φυσικοί πίστευαν ότι αυτά τα σωματίδια δεν είχαν μάζα. Αργότερα αποδείχθηκε ότι υπήρχε μια μάζα, αν και ασήμαντη.
Αλλά οι επιστήμονες δεν έχουν απαντήσει ακόμα σε μία ερώτηση:Μπορεί ένα νετρίνο να είναι και ύλη και αντιύλη; Κάθε σωματίδιο έχει ένα αντισωματίδιο, με άλλα λόγια, τα ίδια σωματίδια, που αποτελούνται μόνο από αντιύλη. Για παράδειγμα, τα ηλεκτρόνια έχουν αντιηλεκτρόνια ή ποζιτρόνια, τα κουάρκ έχουν αντικουάρκ και τα νετρόνια και τα πρωτόνια έχουν αντινετρόνια και αντιπρωτόνια. Αλλά ένα τέτοιο αντισωματίδιο δεν βρέθηκε για τα νετρίνα.
Πώς να μελετήσετε τα νετρίνα;
Για να καταλάβουμε αν τα νετρίνα έχουν ένα υποθετικό αντινετρίνο, πρέπει να προσπαθήσουμε να αναπαραγάγουμε ένα πιθανό είδος ραδιενεργού διάσπασης, που ονομάζεται διπλή βήτα διάσπαση χωρίς νετρίνα.
Η ίδια η διάσπαση βήτα είναι μια κοινή μορφή διάσπασης σε ορισμένα άτομα και μπορεί να μετατρέψει ένα νετρόνιο που βρίσκεται στον πυρήνα ενός ατόμου σε πρωτόνιο.
Αν μιλάμε για διπλή αποσύνθεση βήτα, τότε αυτό είναιπιο σπάνιο περιστατικό. Σε αυτή την περίπτωση, δεν λειτουργεί ένα νετρόνιο, αλλά δύο. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, εκπέμπουν δύο ηλεκτρόνια και δύο αντινετρίνα. Έτσι οι φυσικοί θέλουν να δοκιμάσουν τη διπλή διάσπαση βήτα χωρίς νετρίνο για να δουν αν έχει αντισωματίδιο.
Πώς ήταν το πείραμα;
Ερευνητές από την ομάδα CUORE ανακοίνωσαν στις αρχές Απριλίου 2022 νέα αποτελέσματα από το πείραμα. Οι συγγραφείς ήθελαν να μελετήσουν τη φύση του νετρίνου.
Η ομάδα CUORE εργάζεται στο εργαστήριο INFN GranΤο Σάσο, το οποίο προστατεύεται από τον έξω κόσμο με τοίχους και πέτρα πάχους 1,4 χλμ. Εκεί πραγματοποίησαν ένα από τα πιο ευαίσθητα πειράματα στον κόσμο για τη μελέτη της διπλής διάσπασης βήτα χωρίς νετρίνα.
Τα αποτελέσματα της δουλειάς του CUORE βασίζονται σε ένα τεράστιοσύνολο δεδομένων, είναι 10 φορές μεγαλύτερο από οποιοδήποτε άλλο παρόμοιο πείραμα. Μέχρι στιγμής, η ομάδα δεν έχει καταφέρει να παρατηρήσει διπλή διάσπαση βήτα χωρίς νετρίνα, παρά τον εξαιρετικά ευαίσθητο εξοπλισμό. Αντίθετα, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι, κατά μέσο όρο, εμφανίζεται σε ένα μόνο άτομο τελλουρίου όχι περισσότερο από μία φορά κάθε 22 τρισεκατομμύρια τρισεκατομμύρια χρόνια. Αυτές οι πληροφορίες είναι πολύ σημαντικές για νέες ανακαλύψεις στη φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων.
«Κατά τη διάρκεια οποιωνδήποτε τέτοιων πειραμάτων, εμείςεπιδιώκουμε έναν στόχο - να κατανοήσουμε πώς σχηματίστηκε η ύλη », δήλωσε ο Carlo Bucci, ερευνητής στο Εθνικό Εργαστήριο INFN Gran Sasso (LNGS). Σύμφωνα με τον Roger Huang, μεταδιδακτορικό υπότροφο στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley του Τμήματος Ενέργειας, οι επιστήμονες αναζητούν μια διαδικασία που σπάει τη συμμετρία της φύσης.
«Αν δούμε διπλή διάσπαση βήτα χωρίς νετρίνα,θα γίνει η πιο σπάνια διαδικασία που έχουν καταγράψει ποτέ οι άνθρωποι. Ο χρόνος ημιζωής του είναι περισσότερο από ένα εκατομμύριο δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από την ηλικία του σύμπαντος», δήλωσε η Danielle Speller, αναπληρώτρια καθηγήτρια στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins και μέλος του CUORE Physics Council.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, αν και αυτοίαπέτυχε να διορθώσει την πολυαναμενόμενη διαδικασία, είναι ικανοποιημένοι με τα αποτελέσματα της εργασίας, ιδίως το τεχνικό στοιχείο. Η ευαισθησία του ανιχνευτή ήταν απίστευτα υψηλή: όταν σημειώθηκαν ισχυροί σεισμοί στη Χιλή και τη Νέα Ζηλανδία, οι ερευνητές είδαν αυτή τη δραστηριότητα στον ανιχνευτή. Σύμφωνα με τη Laura Marini, μια ερευνήτρια στο Ινστιτούτο Gran Sasso, μπορούσαν να παρακολουθήσουν τα κύματα να πέφτουν στην Αδριατική Θάλασσα, 60 χιλιόμετρα από το εργαστήριο.
Πώς θα γίνονται τέτοια πειράματα στο μέλλον;
Με βάση το CUORE, πρόκειται να δημιουργήσουν την επόμενη γενιά πειραμάτων. Ο διάδοχος του CUORE είναι ο CUPID. Είναι ήδη υπό ανάπτυξη και αναμένεται να είναι 10 φορές πιο ευαίσθητο από το CUORE.
Διαβάστε περισσότερα:
Μετά από δέκα χρόνια εργασίας, οι επιστήμονες αμφισβήτησαν το τυπικό μοντέλο της φυσικής
Το MIT δημιουργεί μια σταθερή θερμική μηχανή που ξεπερνά τις επιδόσεις των στροβίλων
Η Startup δημιούργησε μικροσκοπικά ρομπότ που λειτουργούν στον ανθρώπινο εγκέφαλο