Az olaszországi hegy mélyén, az ismert világegyetem leghidegebb köbméterében a tudósok arra keresnek bizonyítékot, hogy a neutrínóknak nevezett kísérteties részecskék saját antianyag-partnereik. Ezek a kutatók megtalálják az anyag és az antianyag egyensúlyhiányát az univerzumban.
Eddig üres kézzel jöttek létre.
Az olaszországi Gran Sasso-ban, a CUORE (kriogén föld alatti megfigyelőközpont ritka eseményekre) első két hónapjának legfrissebb eredményei nem mutatnak semmilyen utalást egy olyan folyamatra, amely bizonyítja, hogy a kozmikus sugárzás által előállított neutrínók saját antianyag-partnerek. Ez azt jelenti, hogy ha a folyamat megtörténik, akkor oly ritkán fordul elő, hogy körülbelül 10 hetes (10 ^ 25) évben egyszer történik.
Ennek a kísérletnek a végső célja az univerzum egyik legmaradóbb rejtvényének megoldása, amely azt sugallja, hogy mi sem kellene itt lennünk. Ez a rejtvény létezik, mivel az elméleti Nagyrobbanásnak - amelyben egy apró szingularitásról azt állítják, hogy körülbelül 13,8 milliárd milliárd évet felfújt az univerzum kialakításához - 50% anyagot és 50% antimaterikát tartalmazó univerzumot kellett volna eredményeznie.
Amikor az anyag és az antianyag találkozik, megsemmisülnek, és létezővé teszik egymást.
De ma nem erről van szó. Ehelyett az univerzumunk többnyire anyag, és a tudósok küzdenek annak felfedezésében, hogy mi történt az összes antianyaggal.
Itt jönnek be a neutrinók.
Melyek a neutrinók?
A neutrinók apró elemi részecskék, amelyeknek tömege gyakorlatilag nincs. Mindegyik kisebb, mint egy atom, de ezek a természetben a legszélesebb részecskék. Mint a szellemek, átjuthatnak az emberekön és a falakon anélkül, hogy bárki (még a neutrinók) észrevehetné.
A legtöbb elemi részecske páratlan antianyag-párral rendelkezik, úgynevezett részecske-ellenes, amelynek tömege megegyezik a normál anyag partnerével, de az ellenkező töltése van. De a neutrinók önmagukban kissé furcsák, mivel alig vannak tömegük és díjak. Tehát a fizikusok feltételezték, hogy ők lehetnek a saját részecskék.
Amikor egy részecske saját részecskéjeként működik, Majorana részecskének hívják.
"A jelenleg alkalmazott elméletek egyszerűen nem mondják el nekünk, hogy a neutrinók ilyen majorana típusúak-e vagy sem. És nagyon érdekes dolgot kell keresnünk, mert már tudjuk, hogy hiányoznak valami a neutrinókról" - mondta Sabine elméleti fizikus Hossenfelder, a németországi frankfurti haladó tanulmányi intézet munkatársa elmondta a Live Science-nek. Hossenfelder, aki nem tagja a CUORE-nak, a neutrinók bizarr magyarázatára utal.
Ha a neutrinók majoranák, akkor képesek lennének átmenni az anyag és az antianyag között. Ha a kutatók szerint a neutrínók többsége a világegyetem kezdetekor a rendes anyagba morfondikált, ez megmagyarázhatja, hogy miért számít az anyag az antimaterápián felül - és miért létezünk.
A CUORE kísérlet
A neutrínók tanulmányozása egy tipikus laboratóriumban nehéz, mivel ezek ritkán lépnek kölcsönhatásba más anyaggal, és rendkívül nehéz felismerni - észrevétlenül percenként milliók haladnak át téged. A többi sugárzási forrástól eltekintve nehéz megmondani őket. Ezért kellett a fizikusoknak föld alá menniük - csaknem egy mérföldre (1,6 kilométerre) a Föld felszíne alatt -, ahol egy hatalmas acélgömb körülveszi a neutrinodetektort, amelyet az Olasz Nukleáris Fizikai Intézet Gran Sasso Nemzeti Laboratóriuma vezet.
Ez a laboratórium a CUORE kísérlet otthona, amely bizonyítékokat keres egy neutrinoless kettős-béta-bomlásnak nevezett folyamatra - ez egy másik módszer annak megállapítására, hogy a neutrinók saját részecskéikként viselkednek. Normál kettős-béta-bomlás során egy mag lebomlik és két elektronot és két antineutrinót bocsát ki. A neutrino nélküli kettős béta-bomlás azonban nem bocsát ki semmilyen antineutrinot, mivel ezek az antineutrinók saját részecskékként szolgálhatnak és megsemmisítik egymást.
Ennek a folyamatnak a „látására” tett kísérletével a fizikusok figyelték a tellúr izotópjának radioaktív bomlása során kibocsátott energiát (hő formájában). Ha neutrino nélküli kettős-béta-bomlás történne, akkor egy bizonyos energiaszintnél lesz csúcs.
A hőenergia pontos észlelésére és mérésére a kutatók az ismert univerzum leghidegebb köbméterét készítették. Összehasonlítják egy hatalmas hőmérővel, amelynek majdnem 1000 tellérium-dioxid-kristálya (TeO2) működik 10 milli-kelvin (mK) hőmérsékleten, ami mínusz 459,652 Fahrenheit fok (mínusz 273,14 Celsius fok).
Amint a radioaktív tellúr atomjai lebomlanak, ezek az detektorok megkeresi ezt az energiacsúcsot.
"Az a megfigyelés, hogy a neutrínók a saját részecskék, jelentős felfedezés lenne, és megköveteli a részecskefizika általánosan elfogadott standard modelljének átírását. Azt mondanánk, hogy van egy új és eltérő mechanizmus az anyag tömegéhez", tanulmányi kutató Karsten Heeger, a Yale Egyetem professzora elmondta a Live Science-nek.
És még ha a CUORE sem tudja egyértelműen megmutatni, hogy a neutrino a saját részecske-ellenes része, akkor a tanulmányban alkalmazott technológiának más felhasználási lehetőségei is lehetnek - mondta Lindley Winslow, a Massachusetts Technológiai Intézet fizikai asszisztens professzora és a CUORE csapat része.
"A technológia, amely a CUORE-t 10 mK-ra hűti, ugyanaz, mint a szupravezető áramkörök hűtése a kvantumszámításhoz. A kvantumszámítógépek következő generációja CUORE-stílusú kriosztátban élhet. Korai alkalmazóknak hívhat bennünket" - mondta Winslow a Live-hoz. Tudomány.
