Už niekoľko rokov sa medzinárodný tím vedcov schoval hlboko pod horou v strednom Taliansku a neúnavne zbieral najcitlivejšie merania z najchladnejšieho kubického metra v známom vesmíre. Vedci hľadajú dôkazy, že strašidelné častice nazývané neutrína sú na nerozoznanie od svojich vlastných náprotivkov antihmoty. Ak sa to preukáže, objav by mohol vyriešiť kozmické hlavolam, ktorý fyzikov trápil celé desaťročia: Prečo vôbec záležitosť existuje?
Už dávno vedeli, že v tejto veci je zlý dvojitý dabovač antihmoty. Pre každú základnú časticu vo vesmíre existuje antičastica, ktorá je takmer identická s jej súrodencom, s rovnakou hmotnosťou, ale opačným nábojom. Keď sa častice a antičastice stretnú tvárou v tvár, navzájom sa zničia a vytvoria čistú energiu.
„Máme túto zjavnú úplnú symetriu účtovníctva medzi hmotou a antihmotou,“ povedal Thomas O'Donnell, profesor fyziky na Virginia Tech University, spoločnosti Live Science. „Zakaždým, keď urobíte kus látky, urobíte tiež vyrovnávací kus antihmoty a zakaždým, keď zničíte kus látky, musíte zničiť kus antihmoty. Ak je to pravda, nikdy nemôžete mať viac jedného typu ako ten druhý. ““
Táto symetria je v rozpore s naším súčasným chápaním toho, ako sa vesmír začal. Podľa teórie veľkého tresku, keď sa vesmír rozšíril z nekonečnej singularity približne pred 13,8 miliardami rokov, predpokladá sa, že vzniklo rovnaké množstvo hmoty a antihmoty. Keď sa však astronómovia dnes pozerajú do vesmíru, vesmír je zložený takmer výlučne z hmoty, na ktorú nemá žiadne zlé dvojča. Viac znepokojujúce je, ak je teória Veľkého tresku správna, potom by sme tu dnes nemali byť - áno, ľudia.
„Keby sa hmota a antihmota plne riadili touto symetriou, potom, ako by sa vesmír vyvíjal, všetka hmota a antihmota by sa zničili do fotónov a nezostalo by nič pre hviezdy, planéty alebo dokonca ľudské bunky. Neexistovali by sme!“ O'Donnell povedal. „Veľkou otázkou teda je:„ Prelomila sa táto účtovná schéma niekedy počas vývoja vesmíru? ““
Táto otázka je to, na čo O'Donnell a jeho spolupracovníci dúfajú odpovedať. Počas posledných dvoch rokov ich tím zhromaždil a analyzoval údaje z experimentu CUORE (Kryogénne podzemné observatórium pre zriedkavé udalosti) v Národnom laboratóriu v Gran Sasso v Taliansku a hľadal fajčiarsku pištoľ, ktorá by oddialila toto kozmické tajomstvo.
Tí neutrálni
CUORE, čo v taliančine znamená „srdce“, hľadá dôkazy, že nepolapiteľné subatomické častice nazývané neutrína sú ich vlastnými antičasticami, čo fyzici nazývajú majoránskou časticou. Neutrína, ktoré prechádzajú väčšinou ako hmota ako strašidlo, sa dajú veľmi ťažko zistiť. Podľa agentúry NASA v skutočnosti každú biliónu prechádzajú trilióny neutrín pochádzajúce z ohnivej jadrovej pece nášho slnka.
Experiment CUORE hľadá podpis majoranských neutrín, ktoré sa navzájom ničia v procese nazývanom neutrínol dvojitý beta beta rozpad. Pri bežnom rozpade dvojitého beta sa dva neutróny vo vnútri jadra atómu morfujú súčasne na dva protóny, pričom emitujú pár elektrónov a antineutrín. Táto jadrová udalosť, hoci je mimoriadne zriedkavá a vyskytuje sa iba raz za každých 100 kvintiliónov (10 ^ 20) pre jeden atóm, bola pozorovaná v skutočnom živote.
Ak sú však vedci správne a neutrína sú pravými majoránnymi časticami (sú to ich vlastné antičastice), potom by sa tieto dva antineutríny vytvorené počas rozkladu mohli navzájom zničiť a vytvoriť neutrínolárny dvojitý beta rozpad. Výsledok? Iba elektróny, ktoré sú „bežnou hmotou“. Ak sa tento proces ukáže ako pravdivý, môže byť zodpovedný za nasadenie raného vesmíru obyčajnou hmotou. Pozorovanie tohto procesu je však ďalším príbehom. Vedci odhadujú, že rozklad neutrónov bez dvojitého beta (ak vôbec existuje) sa môže uskutočniť iba raz za každých 10 septembra (10 ^ 25).
„Režim neutrónov je ten, ktorý skutočne chceme vidieť, porušuje pravidlá a vytvára hmotu bez antihmoty,“ povedal O'Donnell, ktorý je členom spolupráce CUORE. „Bolo by to prvé vodítko k skutočnému riešeniu asymetrie hmoty a antihmoty.“
Detektor CUORE hľadá energetický podpis vo forme tepla z elektrónov vytvorených počas rádioaktívneho rozkladu atómov telúru. Neutrinolový dvojitý beta beta rozpad by zanechal jedinečný a výrazný vrchol v energetickom spektre elektrónov.
„CUORE je v podstate jeden z najcitlivejších teplomerov na svete,“ uviedla vo vyhlásení Carlo Bucci, technický koordinátor pre spoluprácu CUORE.
Prístroj CUORE, ktorý bol zostavený za desať rokov, je najchladnejším kubickým metrom v známom vesmíre. Skladá sa z 988 kryštálov v tvare kocky vyrobených z oxidu teluritého, ochladených na 10 mil kelvinov alebo mínus 460 stupňov Fahrenheita (mínus 273 stupňov Celzia), umožňujú to iba vlasy nad fyzikou najchladnejších teplôt. Aby sa experiment ochránil pred rušením vonkajšími časticami, ako sú kozmické lúče, je detektor uzavretý v hrubej vrstve vysoko čistého olova získaného z 2 000 rokov starej rímskej lode.
Napriek technologickým úspechom tímu sa ukázalo, že udalosť bez neutrónov nie je ľahkou úlohou. Vedci už od počiatočných výsledkov v roku 2017 viac ako štvornásobne zhromaždili údaje, čo predstavuje najväčší súbor údajov, aký kedy zachytil detektor častíc tohto druhu. Najnovšie výsledky uverejnené v databáze predtlače arXiv ukazujú, že nenašli žiadne dôkazy o rozpade dvojitého beta bez neutrónov.
Spolupráca je stále rozhodnutá uloviť túto nepolapiteľnú časticu s dvoma činidlami. Ich výsledky priblížili očakávanú hmotnosť majoránskeho neutrína, ktoré je podľa ich názoru najmenej 5 miliónov krát ľahšie ako elektrón. Tím plánuje upgradovať CUORE po úvodnom päťročnom behu a predstaviť nový typ kryštálu, ktorý, ako dúfajú, výrazne zvýši jeho citlivosť.
„Ak je história dobrým prediktorom budúcnosti, potom si môžeme byť celkom istí, že tlačenie obálky detektorových technológií nám umožní skúmať neutrína s neustále rastúcou hĺbkou,“ povedal O'Donnell. „Dúfajme, že objavíme neutrinolový rozklad beta-beta, alebo možno niečo exotickejšie a neočakávanejšie.“
