Mogu li neutrini biti i materija i antimaterija? Fizičari to još uvijek ne znaju, pa provode
Zašto su nam potrebni ovi eksperimenti?
Promatranja astrofizičara pokazuju da Svemirsastoji se gotovo u potpunosti od materije, iako ne vidimo gotovo nikakvu antimateriju. Laboratorijski eksperimenti i pokusi na sudaraču pokazuju da je moguće stvoriti i materiju i antimateriju u jednakim dijelovima.
Svrha teorije Velikog praska je objasniti neravnotežukozmička materija. Prema njemu, materija se može generirati bez antimaterije u "malom prasku", tijekom ultra-rijetkog nuklearnog procesa koji se zove dvostruki beta raspad bez neutrina.
Sada je grupa CUORE objavila u časopisu Naturečlanak o tome kako je tražila ovu vrstu raspada koristeći izotope telurija. Raspad se nije mogao detektirati, ali su inženjeri uspjeli održavati vrlo niske temperaturne uvjete, a istovremeno su instrumenti bili vrlo osjetljivi: to je zahtijevalo stabilan rad više od tone eksperimentalne opreme na kriogenim temperaturama blizu -273,149.
Što su autori proučavali?
Predmet istraživanja bila je čestica neutrina.Ove čestice su posvuda. Beskonačan broj neutrina prolazi kroz jedan prst dok osoba čita ovu rečenicu. Neutrini se ne mogu detektirati korištenjem elektromagnetizma ili snažnih nuklearnih sila. Zbog toga čestice mogu proći izravno kroz čovjeka, pa čak i kroz Zemlju.
Postoji mnogo neutrina, ali ih je teško proučavati. Na početku svojih istraživanja fizičari su vjerovali da te čestice nemaju masu. Kasnije se pokazalo da je bilo mase, iako neznatne.
Ali znanstvenici još uvijek nisu odgovorili na jedno pitanje:Može li neutrino biti i materija i antimaterija? Svaka čestica ima antičesticu, drugim riječima, iste čestice, samo se sastoje od antimaterije. Na primjer, elektroni imaju antielektrone ili pozitrone, kvarkovi imaju antikvarkove, a neutroni i protoni imaju antineutrone i antiprotone. Ali takva antičestica nije pronađena za neutrine.
Kako proučavati neutrine?
Da bismo razumjeli imaju li neutrini hipotetski antineutrino, moramo pokušati reproducirati moguću vrstu radioaktivnog raspada, naziva se dvostruki beta raspad bez neutrina.
Sam beta raspad je uobičajeni oblik raspada u nekim atomima i može pretvoriti neutron koji se nalazi u jezgri atoma u proton.
Ako govorimo o dvostrukom beta raspadu, onda je ovorjeđa pojava. U ovom slučaju ne radi jedan neutron, već dva. Tijekom tog procesa emitiraju dva elektrona i dva antineutrina. Dakle, fizičari žele isprobati dvostruki beta raspad bez neutrina da vide ima li antičesticu.
Kako je prošao eksperiment?
Istraživači iz grupe CUORE objavili su početkom travnja 2022. nove rezultate eksperimenta. Autori su željeli proučiti prirodu neutrina.
CUORE tim radi u laboratoriju INFN GranSasso, koji je od vanjskog svijeta zaštićen zidinama i kamenom debljine 1,4 km. Tamo su proveli jedan od najosjetljivijih eksperimenata na svijetu za proučavanje dvostrukog beta raspada bez neutrina.
Rezultati CUORE-ovog rada temelje se na golemimskup podataka, 10 puta je veći od bilo kojeg drugog sličnog pokusa. Do sada tim nije bio u mogućnosti promatrati dvostruki beta raspad bez neutrina, unatoč ultraosjetljivoj opremi. Umjesto toga, istraživači su otkrili da se u prosjeku javlja u jednom atomu telura najviše jednom u 22 trilijuna bilijuna godina. Ova je informacija vrlo važna za nova otkrića u fizici elementarnih čestica.
“Tijekom takvih eksperimenata, mitežimo jednom cilju - razumjeti kako je nastala materija ”, rekao je Carlo Bucci, istraživač u nacionalnom laboratoriju INFN Gran Sasso (LNGS). Prema Rogeru Huangu, postdoktorskom suradniku u Nacionalnom laboratoriju Lawrence Berkeley Odjela za energetiku, znanstvenici traže proces koji razbija simetriju prirode.
“Ako vidimo dvostruki beta raspad bez neutrina,to će postati najrjeđi proces koji su ljudi ikada zabilježili. Njegov je poluživot više od milijun milijardi puta stariji od svemira”, rekla je Danielle Speller, izvanredna profesorica na Sveučilištu Johns Hopkins i članica Vijeća za fiziku CUORE.
Prema istraživačima, iako su oninisu uspjeli popraviti dugo očekivani proces, zadovoljni su rezultatima rada, posebno tehničkom komponentom. Osjetljivost detektora bila je nevjerojatno visoka: kada su se jaki potresi dogodili u Čileu i Novom Zelandu, istraživači su vidjeli ovu aktivnost na detektoru. Prema riječima Laure Marini, istraživačice s Instituta Gran Sasso, mogli su promatrati valove koji se razbijaju o Jadransko more, 60 km od laboratorija.
Kako će se takvi eksperimenti provoditi u budućnosti?
Na temelju CUORE-a, kreirat će sljedeću generaciju eksperimenata. Nasljednik CUORE-a je KUPID. Već se razvija i očekuje se da će biti 10 puta osjetljiviji od CUORE-a.
Čitaj više:
Nakon deset godina rada, znanstvenici su doveli u pitanje standardni model fizike
MIT stvara stacionarni toplinski motor koji nadmašuje turbine
Startup je stvorio malene robote koji rade u ljudskom mozgu