A neutrínók lehetnek anyag és antianyag is? A fizikusok ezt még mindig nem tudják, ezért végrehajtják
Miért van szükségünk ezekre a kísérletekre?
Az asztrofizikusok megfigyelései azt mutatják, hogy az Univerzumszinte teljes egészében anyagból áll, bár antianyagot szinte egyáltalán nem látunk. Laboratóriumi és ütköztetős kísérletek azt mutatják, hogy lehetséges az anyag és az antianyag egyenlő arányban történő létrehozása.
Az ősrobbanás elméletének célja az egyensúlyhiány magyarázatakozmikus anyag. Eszerint anyag keletkezhet antianyag nélkül egy „kis robbanásban”, egy rendkívül ritka, neutrínók nélküli kettős béta-bomlásnak nevezett nukleáris folyamat során.
A CUORE csoport most publikált a Nature folyóiratbancikk arról, hogyan kereste ezt a típusú bomlást a tellúr izotópjai segítségével. A bomlást nem tudták kimutatni, de a mérnökök nagyon alacsony hőmérsékleti feltételeket tudtak fenntartani, ugyanakkor a műszerek nagyon érzékenyek voltak: ehhez több mint egy tonna kísérleti berendezés stabil működésére volt szükség -273,149 körüli kriogén hőmérsékleten.
Mit tanulmányoztak a szerzők?
A vizsgálat tárgya egy neutrínó részecske volt.Ezek a részecskék mindenhol ott vannak. Végtelen számú neutrínó halad át egy ujjon, miközben az ember elolvassa ezt a mondatot. A neutrínókat nem lehet elektromágnesességgel vagy erős nukleáris erőkkel kimutatni. Ez az oka annak, hogy a részecskék közvetlenül áthaladhatnak az emberen, sőt a Földön is.
Sok a neutrínó, de nehéz őket tanulmányozni. Kutatásuk kezdetén a fizikusok úgy gondolták, hogy ezeknek a részecskéknek nincs tömegük. Később kiderült, hogy tömeg volt, bár jelentéktelen.
De a tudósok még mindig nem válaszoltak egy kérdésre:Lehet-e egy neutrínó anyag és antianyag is? Minden részecskének van egy antirészecskéje, más szóval ugyanazok a részecskék, amelyek csak antianyagból állnak. Például az elektronoknak antielektronjaik vagy pozitronjai, a kvarknak antikvarkjai, a neutronoknak és protonoknak antineutronjaik és antiprotonjai vannak. De ilyen antirészecskét nem találtak a neutrínókhoz.
Hogyan lehet tanulmányozni a neutrínókat?
Annak megértéséhez, hogy a neutrínóknak van-e hipotetikus antineutrínójuk, meg kell próbálni reprodukálni a radioaktív bomlás egy lehetséges fajtáját, ezt neutrínók nélküli kettős béta-bomlásnak nevezik.
Maga a béta-bomlás a bomlás gyakori formája egyes atomokban, és az atommagban található neutronokat protonná alakíthatja.
Ha kettős béta-bomlásról beszélünk, akkor ez azritkább eset. Ebben az esetben nem egy neutron működik, hanem kettő. E folyamat során két elektront és két antineutrínót bocsátanak ki. A fizikusok tehát szeretnék kipróbálni a kettős béta-bomlást neutrínó nélkül, hogy megnézzék, van-e benne antirészecske.
Milyen volt a kísérlet?
A CUORE csoport kutatói 2022 áprilisának elején jelentették be a kísérlet új eredményeit. A szerzők a neutrínó természetét akarták tanulmányozni.
A CUORE csapata az INFN Gran laboratóriumában dolgozikSasso, amelyet 1,4 km vastag falak és kő véd a külvilágtól. Ott végezték el a világ egyik legérzékenyebb kísérletét a neutrínók nélküli kettős béta-bomlás vizsgálatára.
A CUORE munkájának eredményei egy hatalmasadathalmaz, ez 10-szer nagyobb, mint bármely más hasonló kísérlet. A csapatnak eddig nem sikerült kettős béta-bomlást megfigyelni neutrínók nélkül, hiába az ultraérzékeny berendezés. Ehelyett a kutatók azt találták, hogy átlagosan egyetlen tellúratomban 22 billió billió évenként legfeljebb egyszer fordul elő. Ez az információ nagyon fontos az elemi részecskefizika új felfedezéseihez.
„Minden ilyen kísérlet során miegy célt követünk: megérteni, hogyan keletkezett az anyag” – mondta Carlo Bucci, az INFN Gran Sasso National Laboratory (LNGS) kutatója. Roger Huang, az Energiaügyi Minisztérium Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratóriumának posztdoktori munkatársa szerint a tudósok olyan folyamatot keresnek, amely megtöri a természet szimmetriáját.
„Ha kettős béta-bomlást látunk neutrínók nélkül,ez lesz a legritkább folyamat, amelyet az emberek valaha is feljegyeztek. Felezési ideje több mint egymilliómilliárdszorosa az univerzum életkorának” – mondta Danielle Speller, a Johns Hopkins Egyetem docense, a CUORE Fizikai Tanácsának tagja.
A kutatók szerint bár őknem sikerült helyrehozniuk a régóta várt folyamatot, elégedettek a munka eredményével, különösen a műszaki komponenssel. A detektor érzékenysége hihetetlenül magas volt: amikor Chilében és Új-Zélandon erős földrengések történtek, a kutatók ezt a tevékenységet látták a detektoron. Laura Marini, a Gran Sasso Intézet kutatója szerint a laboratóriumtól 60 km-re megfigyelhették az Adriai-tengerbe csapódó hullámokat.
Hogyan fognak ilyen kísérleteket végrehajtani a jövőben?
A CUORE alapján a kísérletek következő generációját fogják létrehozni. A CUORE utódja a CUPID. Már fejlesztés alatt áll, és várhatóan 10-szer érzékenyebb lesz, mint a CUORE.
Olvass tovább:
Tíz év munka után a tudósok megkérdőjelezték a fizika standard modelljét
Az MIT olyan álló hőmotort hoz létre, amely felülmúlja a turbinákat
A Startup apró robotokat hozott létre, amelyek az emberi agyban dolgoznak