Нейтрино может быть одновременно материей и антиматерией? Физики до сих пор этого не знают, поэтому проводят
Waarom hebben we deze experimenten nodig?
Наблюдения астрофизиков показывают, что Вселенная почти полностью состоит из материи, хотя мы почти не наблюдаем антивещество. Лабораторные эксперименты и эксперименты на коллайдере показывают, что можно создать как вещество, так и антивещество в равных частях.
Цель теории Большого взрыва — объяснить дисбаланс космической материи. Согласно ей, материю можно сгенерировать без антивещества в «малом взрыве», во время ультраредкого ядерного процесса, который называется двойной β-распад без нейтрино.
Теперь группа CUORE опубликовала в журнале Nature статью о том, как она искала этот тип распада с использованием изотопов теллура. Распад зафиксировать не удалось, но инженеры смогли поддерживать условия очень низкой температуры и одновременно приборы были очень чувствительными: для этого потребовалась стабильная работа более тонны экспериментального оборудования при криогенных температурах, близких к -273,149.
Wat hebben de auteurs bestudeerd?
Объектом исследования была частица нейтрино. Эти частицы находятся везде. Бесконечное множество нейтрино проходит через один палец, когда человек читает это предложение. Нейтрино нельзя зафиксировать с помощью электромагнетизма или мощного сильного ядерного воздействия. Именно поэтому частицы могут проходить прямо сквозь человека и даже Землю.
Нейтрино очень много но, его сложно изучить. Физики на заре своих исследований считали, что у этих частиц нет массы. Позже выяснилось, что масса есть, хоть и незначительная.
Но на один вопрос ученые все еще не ответили: может ли нейтрино быть и материей, и антиматерией? У каждой частицы есть античастица, иначе говоря, такие же частицы, только состоящие из антивещества. Например, у электронов это антиэлектроны или позитроны, для кварков — антикварки, а у нейтронов и протонов есть антинейтроны и антипротоны. А вот у нейтрино такой античастицы не нашли.
Hoe neutrino's te bestuderen?
Om te begrijpen of neutrino's een hypothetische antineutrino hebben, moet men proberen een mogelijk soort radioactief verval te reproduceren, het wordt dubbel bètaverval zonder neutrino's genoemd.
Сам бета-распад — это распространенная форма распада в некоторых атомах, с помощью него можно превратить нейтрон, который находится в ядре атома, в протон.
Если говорить о двойном бета-распаде, то это более редкое явление. В таком случае работает не один нейтрон, а уже два. Во время этого процесса они испускают два электрона и два антинейтрино. Поэтому физики хотят попробовать провести двойной бета-распад без нейтрино, чтобы понять, если ли у него античастица.
Hoe was het experiment?
Onderzoekers van de CUORE-groep maakten begin april 2022 nieuwe resultaten van het experiment bekend. De auteurs wilden de aard van het neutrino bestuderen.
Команда CUORE работает в лаборатории INFN Gran Sasso, которая защищена от внешнего мира с помощью стен и камня толщиной в 1,4 км. Там они провели один из самых чувствительных экспериментов в мире по изучению двойного бета-распада без нейтрино.
De resultaten van het werk van CUORE zijn gebaseerd op een enormedataset, het is 10 keer groter dan enig ander vergelijkbaar experiment. Tot nu toe heeft het team, ondanks de ultragevoelige apparatuur, geen dubbel bètaverval kunnen waarnemen zonder neutrino's. In plaats daarvan ontdekten de onderzoekers dat het gemiddeld niet meer dan eens in de 22 biljoen biljoen jaar in een enkel telluriumatoom voorkomt. Deze informatie is erg belangrijk voor nieuwe ontdekkingen in de elementaire deeltjesfysica.
“Tijdens dergelijke experimenten hebben wewe streven één doel na - begrijpen hoe materie is gevormd ", zegt Carlo Bucci, een onderzoeker aan het INFN Gran Sasso National Laboratory (LNGS). Volgens Roger Huang, een postdoctoraal onderzoeker aan het Lawrence Berkeley National Laboratory van het Department of Energy, zijn wetenschappers op zoek naar een proces dat de symmetrie van de natuur doorbreekt.
"Als we dubbel bètaverval zien zonder neutrino's,het zal het zeldzaamste proces worden dat mensen ooit hebben geregistreerd. De halfwaardetijd is meer dan een miljoen miljard keer de leeftijd van het universum”, zegt Danielle Speller, universitair hoofddocent aan de Johns Hopkins University en lid van de CUORE Physics Council.
Volgens de onderzoekers, hoewel zehet langverwachte proces niet hebben opgelost, zijn ze tevreden met de resultaten van het werk, met name de technische component. De gevoeligheid van de detector was ongekend hoog: toen er sterke aardbevingen plaatsvonden in Chili en Nieuw-Zeeland, zagen de onderzoekers deze activiteit op de detector. Volgens Laura Marini, een onderzoeker aan het Gran Sasso Instituut, konden ze de golven zien beuken tegen de Adriatische Zee, 60 km van het laboratorium.
Hoe zullen dergelijke experimenten in de toekomst worden uitgevoerd?
Op basis van CUORE gaan ze de volgende generatie experimenten maken. De opvolger van CUORE is CUPID. Het wordt al ontwikkeld en zal naar verwachting 10 keer gevoeliger zijn dan CUORE.
Lees verder:
Na tien jaar werk zetten wetenschappers vraagtekens bij het standaardmodel van de natuurkunde
MIT creëert een stationaire warmtemotor die beter presteert dan turbines
Startup heeft kleine robots gemaakt die in het menselijk brein werken