Vai neitrīno var būt gan matērija, gan antimatērija? Fiziķi to joprojām nezina, tāpēc viņi to dara
Kāpēc mums ir vajadzīgi šie eksperimenti?
Astrofiziķu novērojumi liecina, ka Visumsgandrīz pilnībā sastāv no matērijas, lai gan mēs gandrīz neredzam antimateriālu. Laboratorijas un kolider eksperimenti liecina, ka ir iespējams radīt gan matēriju, gan antimateriālu vienādās daļās.
Lielā sprādziena teorijas mērķis ir izskaidrot nelīdzsvarotībukosmiskā matērija. Saskaņā ar to vielu var radīt bez antimateriāla "nelielā sprādzienā" ārkārtīgi retā kodolprocesā, ko sauc par dubulto beta sabrukšanu bez neitrīniem.
Tagad CUORE grupa ir publicējusi žurnālā Naturerakstu par to, kā viņa meklēja šāda veida sabrukšanu, izmantojot telūra izotopus. Sabrukšanu nevarēja noteikt, taču inženieri spēja uzturēt ļoti zemas temperatūras apstākļus, un tajā pašā laikā instrumenti bija ļoti jutīgi: tas prasīja stabilu vairāk nekā tonnu eksperimentālo iekārtu darbību kriogēnās temperatūrās, kas bija tuvu -273,149.
Ko autori pētīja?
Pētījuma objekts bija neitrīno daļiņa.Šīs daļiņas ir visur. Bezgalīgs skaits neitrīno iziet caur vienu pirkstu, kad cilvēks lasa šo teikumu. Neitrīnus nevar noteikt, izmantojot elektromagnētismu vai spēcīgus spēcīgus kodolspēkus. Tāpēc daļiņas var iziet tieši caur cilvēku un pat Zemi.
Neitrīno ir daudz, taču tos ir grūti izpētīt. Pētījuma sākumā fiziķi uzskatīja, ka šīm daļiņām nav masas. Vēlāk izrādījās, ka tur bija masa, kaut arī nenozīmīga.
Bet zinātnieki joprojām nav atbildējuši uz vienu jautājumu:Vai neitrīno var būt gan matērija, gan antimatērija? Katrai daļiņai ir antidaļiņa, citiem vārdiem sakot, tās pašas daļiņas, kas sastāv tikai no antimatērijas. Piemēram, elektroniem ir antielektroni vai pozitroni, kvarkiem ir antikvarki, bet neitroniem un protoniem ir antineitroni un antiprotoni. Bet neitrīniem šāda antidaļiņa netika atrasta.
Kā pētīt neitrīnus?
Lai saprastu, vai neitrīniem ir hipotētisks antineitrīns, ir jāmēģina reproducēt iespējamu radioaktīvās sabrukšanas veidu, ko sauc par dubulto beta sabrukšanu bez neitrīno.
Beta sabrukšana pati par sevi ir izplatīta dažu atomu sabrukšanas forma, un tā var pārvērst atoma kodolā esošo neitronu par protonu.
Ja mēs runājam par dubulto beta samazināšanos, tad tas tā irretāks gadījums. Šajā gadījumā darbojas nevis viens neitrons, bet divi. Šī procesa laikā tie izstaro divus elektronus un divus antineitrīnus. Tāpēc fiziķi vēlas izmēģināt dubultu beta sabrukšanu bez neitrīno, lai noskaidrotu, vai tajā ir antidaļiņa.
Kā noritēja eksperiments?
CUORE grupas pētnieki 2022. gada aprīļa sākumā paziņoja par jauniem eksperimenta rezultātiem. Autori vēlējās izpētīt neitrīno dabu.
CUORE komanda strādā INFN Gran laboratorijāSasso, ko no ārpasaules aizsargā sienas un 1,4 km biezs akmens. Tur viņi veica vienu no jutīgākajiem eksperimentiem pasaulē, lai pētītu dubulto beta sabrukšanu bez neitrīno.
CUORE darba rezultāti ir balstīti uz milzīgudatu kopa, tas ir 10 reizes lielāks nekā jebkurš cits līdzīgs eksperiments. Līdz šim komanda nav spējusi novērot dubultu beta sabrukšanu bez neitrīno, neskatoties uz īpaši jutīgo aprīkojumu. Tā vietā pētnieki atklāja, ka vidēji tas notiek vienā telūra atomā ne biežāk kā reizi 22 triljonos triljonos gadu. Šī informācija ir ļoti svarīga jauniem atklājumiem elementārdaļiņu fizikā.
“Jebkuru šādu eksperimentu laikā mēsmēs tiecamies uz vienu mērķi - saprast, kā veidojas matērija, ”sacīja INFN Gran Sasso Nacionālās laboratorijas (LNGS) pētnieks Karlo Buči. Kā norāda Enerģētikas departamenta Lorensa Bērklija Nacionālās laboratorijas pēcdoktorants Rodžers Huangs, zinātnieki meklē procesu, kas izjauc dabas simetriju.
"Ja mēs redzam dubultu beta sabrukšanu bez neitrīno,tas kļūs par retāko procesu, ko cilvēki jebkad ir reģistrējuši. Tā pussabrukšanas periods ir vairāk nekā miljons miljardu reižu lielāks par Visuma vecumu," sacīja Daniela Spellere, Džona Hopkinsa universitātes asociētā profesore un CUORE Fizikas padomes locekle.
Pēc pētnieku domām, lai gan viņiNeizdevās salabot ilgi gaidīto procesu, viņi ir apmierināti ar darba rezultātiem, jo īpaši ar tehnisko komponentu. Detektora jutība bija neticami augsta: kad Čīlē un Jaunzēlandē notika spēcīgas zemestrīces, pētnieki redzēja šo darbību detektorā. Kā stāsta Gran Sasso institūta pētniece Laura Marini, viņi varēja vērot, kā viļņi triecas pret Adrijas jūru 60 km attālumā no laboratorijas.
Kā šādi eksperimenti tiks veikti turpmāk?
Pamatojoties uz CUORE, viņi gatavojas izveidot nākamās paaudzes eksperimentus. CUORE pēctecis ir CUPID. Tas jau tiek izstrādāts, un ir paredzams, ka tas būs 10 reizes jutīgāks nekā CUORE.
Lasīt vairāk:
Pēc desmit gadu darba zinātnieki apšaubīja fizikas standarta modeli
MIT izveido stacionāru siltumdzinēju, kas pārspēj turbīnas
Startup ir radījis sīkus robotus, kas darbojas cilvēka smadzenēs