Нейтрино може бути одночасно матерією та антиматерією? Фізики досі цього не знають, тож проводять
Навіщо нам ці досліди?
Спостереження астрофізиків показують, що Всесвітмайже повністю складається з матерії, хоча ми майже не спостерігаємо антиречовину. Лабораторні експерименти та експерименти на колайдері показують, що можна створити як речовину, так і антиречовину в рівних частинах.
Мета теорії Великого вибуху – пояснити дисбаланскосмічної матерії. Відповідно до неї, матерію можна згенерувати без антиречовини у «малому вибуху», під час ультрарідкого ядерного процесу, який називається подвійний β-розпад без нейтрино.
Тепер гурт CUORE опублікував у журналі Natureстаттю про те, як вона шукала цей тип розпаду з використанням ізотопів телуру. Розпад зафіксувати не вдалося, але інженери змогли підтримувати умови дуже низької температури і одночасно прилади були дуже чутливими: для цього була потрібна стабільна робота більше тонни експериментального обладнання при кріогенних температурах, близьких до -273,149.
Що вивчали автори?
Об'єктом дослідження була частка нейтрино.Ці частки знаходяться скрізь. Безліч безліч нейтрино проходить через один палець, коли людина читає цю пропозицію. Нейтрино не можна зафіксувати за допомогою електромагнетизму або сильної сильної ядерної дії. Саме тому частки можуть проходити крізь людину і навіть Землю.
Нейтрино дуже багато, але, його складно вивчити. Фізики на зорі своїх досліджень вважали, що ці частки не мають маси. Пізніше з'ясувалося, що маса є, хоч і незначна.
Але на одне запитання вчені досі не відповіли:Чи може бути нейтрино і матерією, і антиматерією? У кожної частки є античастка, інакше кажучи, такі ж частки, що тільки складаються з антиречовини. Наприклад, у електронів це антиелектрони чи позитрони, для кварків — антикварки, а нейтрони і протони мають антинейтрони та антипротони. А ось у нейтрино такої античастинки не знайшли.
Як вивчити нейтрино?
Щоб зрозуміти, чи є у нейтрино гіпотетичне антинейтрино, потрібно спробувати відтворити існуючий вид радіоактивного розпаду, він називається подвійним бета-розпадом без нейтрино.
Сам бета-розпад - це поширена форма розпаду в деяких атомах, за допомогою якого можна перетворити нейтрон, що знаходиться в ядрі атома, на протон.
Якщо говорити про подвійний бета-розпад, то цебільш рідкісне явище. У такому разі працює не один нейтрон, а вже два. Під час цього процесу вони випускають два електрони і два антинейтрино. Тому фізики хочуть спробувати провести подвійний бета-розпад без нейтрино, щоб зрозуміти, чи має античастка.
Як пройшов експеримент?
Дослідники групи CUORE оголосили на початку квітня 2022 року про нові результати експерименту. Автори хотіли вивчити природу нейтрино.
Команда CUORE працює у лабораторії INFN GranSasso, яка захищена від зовнішнього світу за допомогою стін та каменю завтовшки 1,4 км. Там вони провели один із найчутливіших експериментів у світі з вивчення подвійного бета-розпаду без нейтрино.
Результати роботи CUORE засновані на величезномуНабір даних, він в 10 разів більше, ніж будь-які інші аналогічні експерименти. Поки що група не змогла спостерігати подвійний бета-розпад без нейтрино, незважаючи на надчутливе обладнання. Натомість дослідники встановили, що в середньому він відбувається в одному атомі телуру не частіше, ніж раз на 22 трильйони трильйонів років. Ця інформація є дуже важливою для нових відкриттів у фізиці елементарних частинок.
«Під час будь-яких подібних експериментів мимаємо одну мету — зрозуміти, як утворилася матерія», — сказав Карло Буччі, дослідник із Національної лабораторії INFN Gran Sasso (LNGS). За словами Роджера Хуана, постдокторанта з Національної лабораторії Лоуренса Берклі Міністерства енергетики, вчені шукають процес, що порушує симетричність природи.
«Якщо ми побачимо подвійний бета-розпад без нейтрино,він стане найрідкіснішим процесом, який люди колись зафіксували. Його період напіврозпаду більш ніж у мільйон мільярдів разів перевищує вік Всесвіту», - сказала Даніель Спеллер, доцент Університету Джона Хопкінса та член Фізичного ради CUORE.
За словами дослідників, незважаючи на те, що вонине змогли зафіксувати довгоочікуваний процес, вони задоволені результатами роботи, зокрема, технічної складової. Чутливість детектора була неймовірно високою: коли у Чилі та Новій Зеландії сталися сильні землетруси, дослідники бачили цю активність на детекторі. За словами Лаура Маріні, наукового співробітника з інституту Гран-Сассо, вони могли спостерігати, як хвилі б'ються об берег Адріатичного моря, за 60 км від лабораторії.
Як такі експерименти проводитимуть у майбутньому?
На основі CUORE мають намір створити наступні покоління експериментів. Наступник CUORE – це CUPID. Його вже розробляють, передбачається, що він буде у 10 разів чутливіший, ніж CUORE.
Читати далі:
Через десять років роботи вчені засумнівалися у стандартній моделі фізики
У MIT створили нерухомий тепловий двигун, який перевершив ККД турбін
Стартап створив крихітних роботів, які працюють у людському мозку