Pot neutrinii să fie atât materie, cât și antimaterie? Fizicienii încă nu știu asta, așa că ei duc la îndeplinire
De ce avem nevoie de aceste experimente?
Observațiile astrofizicienilor arată că Universulconstă aproape în întregime din materie, deși nu vedem aproape nicio antimaterie. Experimentele de laborator și de coliziune arată că este posibil să se creeze atât materie, cât și antimaterie în părți egale.
Scopul teoriei Big Bang este de a explica dezechilibrulmaterie cosmică. Potrivit acestuia, materia poate fi generată fără antimaterie într-un „buc mic”, în timpul unui proces nuclear ultra-rar numit descompunere dublă beta fără neutrini.
Acum, grupul CUORE a publicat în revista Naturearticol despre modul în care a căutat acest tip de degradare folosind izotopi de telur. Dezintegrarea nu a putut fi detectată, dar inginerii au reușit să mențină condiții de temperatură foarte scăzută și, în același timp, instrumentele au fost foarte sensibile: acest lucru a necesitat funcționarea stabilă a mai mult de o tonă de echipamente experimentale la temperaturi criogenice apropiate de -273,149.
Ce au studiat autorii?
Obiectul studiului a fost o particulă de neutrin.Aceste particule sunt peste tot. Un număr infinit de neutrini trec printr-un deget în timp ce o persoană citește această propoziție. Neutrinii nu pot fi detectați folosind electromagnetism sau forțe nucleare puternice. Acesta este motivul pentru care particulele pot trece direct printr-o persoană și chiar prin Pământ.
Există o mulțime de neutrini, dar sunt greu de studiat. La începutul cercetărilor lor, fizicienii credeau că aceste particule nu aveau masă. Mai târziu s-a dovedit că a existat o masă, deși nesemnificativă.
Dar oamenii de știință încă nu au răspuns la o întrebare:Poate un neutrin să fie și materie și antimaterie? Fiecare particulă are o antiparticulă, cu alte cuvinte, aceleași particule, constând doar din antimaterie. De exemplu, electronii au antielectroni sau pozitroni, quarcii au antiquarci, iar neutronii și protonii au antineutroni și antiprotoni. Dar o astfel de antiparticulă nu a fost găsită pentru neutrini.
Cum să studiezi neutrinii?
Pentru a înțelege dacă neutrinii au un antineutrin ipotetic, trebuie să încercați să reproduceți un posibil tip de dezintegrare radioactivă, se numește descompunere dublă beta fără neutrini.
Dezintegrarea beta în sine este o formă comună de descompunere la unii atomi și poate transforma un neutron găsit în nucleul unui atom într-un proton.
Dacă vorbim despre dubla dezintegrare beta, atunci aceasta esteun eveniment mai rar. În acest caz, nu funcționează un neutron, ci doi. În timpul acestui proces, ei emit doi electroni și doi antineutrini. Așadar, fizicienii vor să încerce dezintegrarea beta dublă fără neutrin pentru a vedea dacă are o antiparticulă.
Cum a fost experimentul?
Cercetătorii din grupul CUORE au anunțat la începutul lunii aprilie 2022 noi rezultate ale experimentului. Autorii au vrut să studieze natura neutrinului.
Echipa CUORE lucrează în laboratorul INFN GranSasso, care este protejat de lumea exterioară de ziduri și piatră de 1,4 km grosime. Acolo au efectuat unul dintre cele mai sensibile experimente din lume pentru a studia descompunerea dublă beta fără neutrini.
Rezultatele muncii lui CUORE se bazează pe un uriașset de date, este de 10 ori mai mare decât orice alt experiment similar. Până acum, echipa nu a reușit să observe dezintegrarea beta dublă fără neutrini, în ciuda echipamentului ultra-sensibil. În schimb, cercetătorii au descoperit că, în medie, apare într-un singur atom de telur nu mai mult de o dată la fiecare 22 de trilioane de trilioane de ani. Aceste informații sunt foarte importante pentru noile descoperiri în fizica particulelor elementare.
„În timpul oricăror astfel de experimente, noiurmărim un singur obiectiv - să înțelegem cum s-a format materia ”, a spus Carlo Bucci, cercetător la Laboratorul Național INFN Gran Sasso (LNGS). Potrivit lui Roger Huang, cercetător postdoctoral la Laboratorul Național Lawrence Berkeley al Departamentului de Energie, oamenii de știință caută un proces care rupe simetria naturii.
„Dacă vedem o descompunere dublă beta fără neutrini,va deveni cel mai rar proces pe care oamenii l-au înregistrat vreodată. Timpul său de înjumătățire este de peste un milion de miliarde de ori mai mare decât vârsta universului”, a spus Danielle Speller, profesor asociat la Universitatea Johns Hopkins și membru al Consiliului de Fizică CUORE.
Potrivit cercetătorilor, deși einu au reușit să repare procesul mult așteptat, sunt mulțumiți de rezultatele lucrării, în special de componenta tehnică. Sensibilitatea detectorului a fost incredibil de mare: când au avut loc cutremure puternice în Chile și Noua Zeelandă, cercetătorii au văzut această activitate pe detector. Potrivit Laura Marini, cercetător la Institutul Gran Sasso, ei ar putea urmări valurile care se prăbușesc împotriva Mării Adriatice, la 60 km de laborator.
Cum vor fi efectuate astfel de experimente în viitor?
Pe baza CUORE, vor crea următoarea generație de experimente. Succesorul CUORE este CUPID. Este deja în curs de dezvoltare și se așteaptă să fie de 10 ori mai sensibil decât CUORE.
Citeste mai mult:
După zece ani de muncă, oamenii de știință au pus sub semnul întrebării modelul standard al fizicii
MIT creează un motor termic staționar care depășește turbinele
Startup a creat roboți mici care funcționează în creierul uman