Tarptautinė tyrėjų komanda jau daugelį metų slepiasi giliai po kalnu centrinėje Italijos dalyje, nenuilstamai rinkdama jautriausius matavimus iš šalčiausio kubinio metro žinomoje visatoje. Mokslininkai ieško įrodymų, kad vaiduokliškos dalelės, vadinamos neutrinomis, negali būti atskirtos nuo jų pačių antimedžiagos. Jei pasitvirtins, atradimas galėtų išspręsti kosminę mintį, kuri dešimtmečius vargino fizikus: Kodėl materija išvis egzistuoja?
Jie jau seniai žinojo, kad materija turi piktą dvynį, pramintą antimaterija. Kiekvienoje pagrindinėje visatos dalelėje yra antidalelė, beveik identiška broliui ir broliui, su ta pačia mase, bet priešingu krūviu. Kai dalelė ir antidalelė susitinka akis į akį, jos sunaikina viena kitą, sukurdamos gryną energiją.
„Turime šią akivaizdžią visišką materijos ir antimaterijos apskaitos simetriją“, - „Live Science“ pasakojo Virdžinijos technikos universiteto fizikos profesorius Tomas O'Donnellas. "Kiekvieną kartą darydami materijos gabalą, jūs taip pat darote balansuojantį antimedžiagos gabalą ir kiekvieną kartą sunaikindami materijos gabalą turite sunaikinti antimedžiagos gabalą. Jei tai tiesa, niekada negalite turėti daugiau nei vieno tipo nei kitas “.
Ši simetrija prieštarauja mūsų dabartiniam supratimui, kaip atsirado visata. Remiantis Didžiojo sprogimo teorija, kai visata išsiplėtė iš begalinio išskirtinumo prieš maždaug 13,8 milijardo metų, manoma, kad egzistavo vienodi materijos ir antimaterijos kiekiai. Tačiau kai šiandien astronomai žvelgia į kosmosą, visata yra beveik visiškai sudaryta iš materijos ir akyse nėra nė vieno blogio. Daugiau rūpesčių, jei Didžiojo sprogimo teorija yra teisinga, tada mes - taip, žmonės - šiandien neturėtume čia būti.
"Jei materija ir antimaterija visiškai paklūsta šiai simetrijai, tada, kosmosui evoliucionuojant, visa materija ir antimaterija būtų sunaikinta į fotonus ir žvaigždėms, planetoms ar net žmogaus ląstelėms neliktų nieko kito. Mes neegzistuotume!" O'Donnell sakė. "Didelis klausimas yra toks:" Ar ši apskaitos schema nutrūko kažkada Visatos evoliucijos metu? ""
Į šį klausimą tikisi atsakyti O'Donnell ir kolegos bendradarbiai. Per pastaruosius dvejus metus jų komanda rinko ir analizavo CUORE (kriogeninio požeminio retų įvykių observatorijos), vykusio Italijos Gran Sasso nacionalinėje laboratorijoje, eksperimentą, ieškant rūkymo ginklo, kuris padėtų pailsėti šią kosminę paslaptį.
Mažieji neutralūs
CUORE, itališkai reiškiantis „širdį“, ieško įrodymų, kad nemandagios subatominės dalelės, vadinamos neutrinomis, yra jų pačių dalelės, tai fizikai vadina mažoros dalelėmis. Neutrinus, kurie praeina kaip šmėklos per didžiąją dalį materijos, yra labai sunku aptikti. Iš tikrųjų, pasak NASA, kas sekundę pro mūsų kūnus praeina trilijonai neutrinų, kilusių iš ugningos mūsų saulės branduolinės krosnies.
CUORE eksperimentas siekia, kad Majorana neutrinai sunaikintų vienas kitą proceso metu, vadinamu neutrininiu dvigubos beta beta irimu. Įprasto dvigubo beta beta formavimo metu du atomo branduolio viduje esantys neutronai vienu metu pereina į du protonus, išskirdami elektronų ir antineutrinų poras. Šis branduolinis įvykis, nors ir labai retas, ir įvyksta tik kartą per 100 kvintilinių metų (10 ^ 20) atskiram atomui, buvo pastebėtas realiame gyvenime.
Tačiau jei tyrėjai yra teisingi, o neutrinai yra tikrosios Majorana dalelės (jie yra jų pačių dalelės), tada du antineutrinai, sukurti skilimo metu, galėtų sunaikinti vienas kitą ir sukurti neutrininį dvigubos beta beta irimą. Rezultatas? Tiesiog elektronai, kurie yra „įprasta materija“. Jei šis procesas pasitvirtins, jis gali būti atsakingas už ankstyvosios visatos pasodinimą įprastomis medžiagomis. Stebėti šį procesą vis dėlto yra kita istorija. Mokslininkų vertinimu, dvigubas beta beta skilimas (jei toks iš viso egzistuoja) gali vykti tik kartą per 10 septynerių metų (10 ^ 25).
„Neutrino režimas yra tas, kurį mes tikrai norime pamatyti, jis pažeistų taisykles, sukurdamas materiją be antimedžiagos“, - sakė O'Donnell, kuris yra CUORE bendradarbiavimo narys. "Tai būtų pirmasis užuomina į realų materijos ir antimaterijos asimetrijos sprendimą."
CUORE detektorius ieško energijos, susidarančios šilumos pavidalu, iš elektronų, susidariusių telūro atomų radioaktyvaus skilimo metu. Neutrinuotas dvigubos beta beta skilimas paliktų unikalią ir išsiskiriančią elektronų energijos spektro smailę.
„CUORE iš esmės yra vienas jautriausių pasaulyje termometrų“, - pranešime teigė Carlo Bucci, CUORE bendradarbiavimo techninis koordinatorius.
Surinktas per dešimtmetį, „CUORE“ instrumentas yra šalčiausias kubinis metras žinomoje visatoje. Jį sudaro 988 kubo formos kristalai, pagaminti iš telūro dioksido, atšaldyti iki 10 milikeltų arba minus 460 laipsnių Farenheito (minus 273 laipsniai Celsijaus), tiesiog plaukai, esantys aukštesnėje nei fizikinė temperatūra, leis. Norėdami apsaugoti eksperimentą nuo pašalinių dalelių, tokių kaip kosminiai spinduliai, trikdžių, detektorius yra uždengtas storu labai gryno švino sluoksniu, surintu iš 2000 metų senumo Romos laivo nuolaužos.
Nepaisant komandos technologinių laimėjimų, surasti neutralų įvykį pasirodė nelengva užduotis. Tyrėjai surinko daugiau nei keturis kartus nuo jų pradinių rezultatų 2017 m., Tai yra didžiausias duomenų rinkinys, kurį kada nors surinko tokio tipo dalelių detektorius. Naujausi jų rezultatai, paskelbti priešspausdinimo duomenų bazėje „arXiv“, rodo, kad jie nerado jokio neutrininio dvigubos beta beta skilimo požymių.
Bendradarbiavimas vis dar yra pasiryžęs sumedžioti šią nemandagią dvigubo agento dalelę. Jų rezultatai privertė labiau susieti numatomą Majorana neutrino masę, kuri, jų manymu, yra bent 5 milijonus kartų lengvesnė už elektroną. Komanda planuoja atnaujinti „CUORE“ po pirminio penkerių metų laikotarpio, pristatydama naują kristalų tipą, kuris, tikiuosi, žymiai pagerins jo jautrumą.
„Jei istorija yra geras ateities numatytojas, tada galime būti gana tikri, kad pastūmę detektorių technologijų voką leisime tikrinti neutrinus, kurių gylis vis didėja“, - teigė O'Donnellas. "Tikimės, kad atrasime neutrininį dvigubos beta beta skilimą, o gal kažką egzotiškesnio ir netikėtesnio".
