Vedci hlboko pod horou v Taliansku, v najchladnejšom kubickom metre známeho vesmíru, hľadajú dôkazy, že strašidelné častice nazývané neutrína pôsobia ako ich partneri v antihmote. To, čo títo vedci zistia, by mohlo vysvetliť nerovnováhu hmoty a antihmoty vo vesmíre.
Zatiaľ prišli s prázdnymi rukami.
Najnovšie výsledky z prvých dvoch mesiacov experimentu CUORE (Kryogénne podzemné observatórium pre zriedkavé udalosti) v Gran Sasso v Taliansku nepreukazujú žiadny náznak postupu preukazujúceho neutrína, ktoré sú generované kozmickým žiarením, sú ich vlastnými antihmotovými partnermi. To znamená, že ak k tomuto procesu dôjde, stane sa tak zriedkavo, že sa uskutoční zhruba raz za každých 10 septembra (10 ^ 25) rokov.
Konečným cieľom tohto experimentu je vyriešiť jednu z najtrvalejších hádaniek vo vesmíre a tú, ktorá naznačuje, že by sme tu nemali byť. Táto hádanka existuje, pretože teoretický Veľký tresk, v ktorom sa hovorí, že sa nafúkla nepatrná singularita viac ako 13,8 miliárd rokov, aby sa vytvoril vesmír, mal viesť k vesmíru s 50% hmotnosťou a 50% antihmotou.
Keď sa hmota a antihmota stretnú, zničia sa a navzájom sa stratia.
To však dnes nevidíme. Namiesto toho je náš vesmír väčšinou dôležitý a vedci sa snažia zistiť, čo sa stalo so všetkým antihmotou.
Tam prichádzajú neutrína.
Čo sú neutrína?
Neutrína sú malé elementárne častice s prakticky nulovou hmotnosťou. Každý z nich je menší ako atóm, ale sú to jedny z najhojnejších častíc v prírode. Rovnako ako duchovia môžu prechádzať ľuďmi a stenami bez toho, aby si to niekto všimol (dokonca aj neutrína).
Väčšina elementárnych častíc má nepárny náprotivok antihmoty, nazývaný antičastica, ktorý má rovnakú hmotnosť ako jeho partner s normálnymi látkami, ale opačný náboj. Ale neutrína sú samy osebe čudné, že sotva majú nejakú omšu a sú bez poplatkov. Fyzici teda predpokladali, že by mohli byť ich vlastnými antičasticami.
Keď častica pôsobí ako jej vlastné antičastice, nazýva sa to majoránna častica.
„Teórie, ktoré v súčasnosti máme, nám jednoducho nehovoria, či sú neutrína takého typu Majorany. A je veľmi zaujímavé hľadať, pretože už vieme, že nám o neutrínach niečo chýba,“ teoretická fyzika Sabine Hossenfelder, člen frankfurtského inštitútu pre pokročilé štúdiá v Nemecku, povedal spoločnosti Live Science. Hossenfelder, ktorý nie je súčasťou CUORE, poukazuje na bizarné nevysvetlené vlastnosti neutrín.
Ak sú neutrína Majoranmi, potom by boli schopní prechádzať medzi hmotou a antihmotou. Ak sa väčšina neutrín premení na obyčajnú hmotu na začiatku vesmíru, vedci tvrdia, že by to mohlo vysvetliť, prečo dnes hmota prevažuje nad antihmotou - a prečo existujeme.
Experiment CUORE
Štúdium neutrín v typickom laboratóriu je ťažké, pretože zriedka interagujú s inou hmotou a je ťažké ich zistiť - miliardy prechádzajú cez vás nezistené každú minútu. Je tiež ťažké ich odlíšiť od iných zdrojov žiarenia. Preto fyzici museli ísť pod zem - takmer míľu (1,6 km) pod zemským povrchom - kde obrovská oceľová guľa zapuzdruje detektor neutrín, ktorý prevádzkuje Národné laboratórium Gran Sasso Talianskeho národného ústavu pre jadrovú fyziku.
Toto laboratórium je domovom experimentu CUORE, ktorý hľadá dôkaz o procese nazývanom neutrinoless double-beta decay - ďalší spôsob, ako povedať, neutrína pôsobia ako svoje vlastné antičastice. Pri normálnom procese rozpadu dvojitého beta sa jadro rozpadá a emituje dva elektróny a dva antineutrína. Neutrinolínový dvojitý beta rozpad by však nevytváral žiadne antineutrína, pretože tieto antineutríny by mohli slúžiť ako svoje vlastné antičastice a navzájom by sa zničili.
V snahe „vidieť“ tento proces, fyzici sledovali energiu emitovanú (vo forme tepla) počas rádioaktívneho rozkladu izotopu telúru. Keby sa vyskytol neutrínol dvojitý beta beta rozpad, bol by vrchol pri určitej hladine energie.
Na presnú detekciu a meranie tejto tepelnej energie vedci vytvorili najchladnejší kubický meter v známom vesmíre. Porovnávajú ho s enormným teplomerom s takmer 1 000 kryštálmi oxidu teluričitého (TeO2) pracujúcimi pri 10 mili kelvinoch (mK), čo je mínus 459,652 stupňov Fahrenheita (mínus 273,14 stupňov Celzia).
Keď sa atómy rádioaktívneho telúru rozpadajú, tieto detektory hľadajú ten energetický vrchol.
„Pozorovanie, že neutrína sú ich vlastnými antičasticami, by bolo významným objavom a vyžadovalo by sme, aby sme prepísali všeobecne akceptovaný štandardný model časticovej fyziky. Povedalo by nám, že existuje nový a odlišný mechanizmus na hromadenie hmoty,“ výskumný pracovník štúdie Karsten Heeger, profesor na Yale University, povedal spoločnosti Live Science.
A aj keď CUORE nemôže definitívne preukázať, že neutrino je jeho vlastným antičasticom, technológia použitá v štúdii môže mať iné využitie, povedala Lindley Winslow, odborná asistentka fyziky na Massachusetts Institute of Technology a súčasť tímu CUORE.
„Technológia, ktorá chladí CUORE na 10 mK, je rovnaká, ako sa používa na chladenie supravodivých obvodov pre kvantové výpočty. Ďalšia generácia kvantových počítačov môže žiť v kryostate v štýle CUORE. Science.
