Môžu byť neutrína hmotou aj antihmotou? Fyzici to stále nevedia, a tak to robia
Prečo potrebujeme tieto experimenty?
Pozorovania astrofyzikov ukazujú, že vesmírpozostáva takmer výlučne z hmoty, aj keď nevidíme takmer žiadnu antihmotu. Laboratórne a urýchľovacie experimenty ukazujú, že je možné vytvárať hmotu aj antihmotu v rovnakých častiach.
Účelom teórie veľkého tresku je vysvetliť nerovnováhukozmická hmota. Podľa nej môže byť hmota generovaná bez antihmoty v „malom tresku“ počas ultra vzácneho jadrového procesu nazývaného dvojitý beta rozpad bez neutrín.
Teraz skupina CUORE publikovala v časopise Naturečlánok o tom, ako hľadala tento typ rozpadu pomocou izotopov telúru. Rozpad sa nepodarilo zistiť, inžinieri však dokázali udržiavať veľmi nízke teplotné podmienky a zároveň boli prístroje veľmi citlivé: to si vyžadovalo stabilnú prevádzku viac ako tony experimentálneho zariadenia pri kryogénnych teplotách blízkych -273,149.
Čo autori skúmali?
Predmetom štúdie bola neutrínová častica.Tieto častice sú všade. Keď človek číta túto vetu, jedným prstom prejde nekonečný počet neutrín. Neutrína nemožno detegovať pomocou elektromagnetizmu alebo silných jadrových síl. To je dôvod, prečo častice môžu prechádzať priamo cez človeka a dokonca aj cez Zem.
Existuje veľa neutrín, ale je ťažké ich študovať. Na začiatku svojho výskumu fyzici verili, že tieto častice nemajú žiadnu hmotnosť. Neskôr sa ukázalo, že tam bola omša, aj keď nepatrná.
Vedci však stále neodpovedali na jednu otázku:Môže byť neutríno hmotou aj antihmotou? Každá častica má antičasticu, inými slovami, rovnaké častice, ktoré pozostávajú iba z antihmoty. Napríklad elektróny majú antielektróny alebo pozitróny, kvarky majú antikvarky a neutróny a protóny majú antineutróny a antiprotóny. Ale pre neutrína sa takáto antičastica nenašla.
Ako študovať neutrína?
Aby sme pochopili, či neutrína majú hypotetické antineutrino, musíme sa pokúsiť reprodukovať možný druh rádioaktívneho rozpadu, nazýva sa to dvojitý beta rozpad bez neutrín.
Samotný beta rozpad je bežnou formou rozpadu niektorých atómov a dokáže premeniť neutrón nachádzajúci sa v jadre atómu na protón.
Ak hovoríme o dvojitom beta rozpade, potom je to takvzácnejší výskyt. V tomto prípade nefunguje jeden neutrón, ale dva. Počas tohto procesu emitujú dva elektróny a dve antineutrína. Fyzici teda chcú vyskúšať dvojitý beta rozpad bez neutrína, aby zistili, či má antičasticu.
Aký bol experiment?
Výskumníci zo skupiny CUORE oznámili začiatkom apríla 2022 nové výsledky experimentu. Autori chceli študovať povahu neutrína.
Tím CUORE pracuje v laboratóriu INFN GranSasso, ktoré je od okolitého sveta chránené múrmi a kameňom hrubým 1,4 km. Tam uskutočnili jeden z najcitlivejších experimentov na svete na štúdium dvojitého beta rozpadu bez neutrín.
Výsledky práce CUORE sú založené na obrovskomsúbor údajov, je 10-krát väčší ako ktorýkoľvek iný podobný experiment. Zatiaľ sa tímu nepodarilo pozorovať dvojitý beta rozpad bez neutrín, a to aj napriek ultracitlivému zariadeniu. Namiesto toho vedci zistili, že v priemere sa vyskytuje v jednom atóme telúru nie viac ako raz za 22 biliónov biliónov rokov. Táto informácia je veľmi dôležitá pre nové objavy vo fyzike elementárnych častíc.
"Počas akýchkoľvek takýchto experimentov smesledujeme jeden cieľ – pochopiť, ako vznikla hmota, “povedal Carlo Bucci, výskumník z INFN Gran Sasso National Laboratory (LNGS). Podľa Rogera Huanga, postdoktorandského pracovníka Národného laboratória Lawrence Berkeley na oddelení energetiky, vedci hľadajú proces, ktorý by narušil symetriu prírody.
„Ak uvidíme dvojitý beta rozpad bez neutrín,stane sa to najvzácnejší proces, aký kedy ľudia zaznamenali. Jeho polčas rozpadu je viac ako milión miliárd krát starší ako vesmír,“ povedala Danielle Speller, docentka na Univerzite Johna Hopkinsa a členka CUORE Physics Board.
Podľa výskumníkov, hoci oninepodarilo opraviť dlho očakávaný proces, sú spokojní s výsledkami práce, najmä s technickou zložkou. Citlivosť detektora bola neuveriteľne vysoká: keď sa v Čile a na Novom Zélande vyskytli silné zemetrasenia, vedci túto aktivitu videli na detektore. Podľa Laury Mariniovej, výskumníčky z inštitútu Gran Sasso, mohli sledovať vlny narážajúce na Jadranské more, 60 km od laboratória.
Ako sa budú takéto experimenty vykonávať v budúcnosti?
Na základe CUORE sa chystajú vytvoriť ďalšiu generáciu experimentov. Nástupcom CUORE je CUPID. Už sa vyvíja a očakáva sa, že bude 10-krát citlivejší ako CUORE.
Čítaj viac:
Po desiatich rokoch práce vedci spochybnili štandardný model fyziky
MIT vytvára stacionárny tepelný motor, ktorý prekonáva turbíny
Startup vytvoril malých robotov, ktorí pracujú v ľudskom mozgu