Sügaval mäe all Itaalias, teadaoleva universumi kõige külmemas kuupmeetris, jahivad teadlased tõendeid, et kummituslikud osakesed, mida nimetatakse neutriinodeks, toimivad nende endi antimaterjalide partneritena. See, mida need uurijad leiavad, võiks selgitada mateeria ja antimaterjali tasakaalustamatust universumis.
Siiani on nad tulnud üles tühjade kätega.
Itaalias Gran Sasso osariigis CUORE (krüogeense maa-aluse vaatluskeskuse haruldaste sündmuste jaoks) eksperimendi kahe esimese kuu viimased tulemused ei näita ühtegi vihjet protsessile, mis tõestaks, et kosmilise kiirguse tekitatud neutriinod on nende endi vastased antimaterjalid. See tähendab, et kui see protsess aset leiab, toimub see nii harva, et see toimub umbes kord iga kümne seitsme ((25) 25 aasta jooksul.
Selle katse lõppeesmärk on lahendada üks universumi kõige kestvamaid mõistatusi ja see, mis viitab sellele, et me ei peaks siin isegi olema. See mõistatus eksisteerib seetõttu, et teoreetiline Suur Pauk - mille kohta on öeldud, et pisikese singulaarsuse järgi on universumi moodustamiseks paisunud umbes 13,8 miljardit aastat - oleks pidanud andma universumi, kus on 50 protsenti ainet ja 50 protsenti antimaterjal.
Kui mateeria ja antimaterjal kohtuvad, hävivad nad ja muudavad üksteise olematuks.
Kuid see pole see, mida me täna näeme. Selle asemel on meie universum enamasti mateeria ja teadlased näevad vaeva, et avastada, mis juhtus kõigi antimaterjalidega.
Sinna tulevad neutriinod.
Mis on neutriinod?
Neutrinod on pisikesed elementaarsed osakesed, millel praktiliselt pole massi. Kõik neist on väiksemad kui aatom, kuid need on mõned looduse kõige rikkalikumad osakesed. Nagu kummitused, pääsevad nad inimestest ja müüridest läbi ilma, et keegi (isegi neutriinod) märkaks.
Enamikul elementaarosakestest on paaritu antimaterjalist vastasosa, nn antiosake, millel on sama mass kui selle normaalse aine partneril, kuid vastupidine laeng. Kuid neutriinod on iseenesest pisut veider, kuna neil pole peaaegu mingit massi ja nad on tasuta. Nii et füüsikud on oletanud, et nad võivad olla omaenda osakesteks.
Kui osake toimib omaenda osakesena, nimetatakse seda majorana osakeseks.
"Teooriad, mis meil praegu on, lihtsalt ei ütle meile, kas neutriinod kuuluvad sellesse majorana tüüpi või mitte. Ja see on väga huvitav asi, mida otsida, sest me juba teame, et meil on neutrinodest midagi puudu," rääkis teoreetiline füüsik Sabine Saksamaal Frankfurdis edasijõudnute instituudi kaasõpilane Hossenfelder rääkis Live Science'ile. Hossenfelder, kes ei kuulu CUORE-i, viitab neutrinode veidratele seletamatutele tunnustele.
Kui neutriinod on majoraanid, siis suudavad nad liikuda mateeria ja antimaterjali vahel. Kui teadlased väitsid, et enamus neutriinodest universumi loomisel tavalisesse ainesse sattus, võib see selgitada, miks mateeria kaalub täna üles antimaterjali - ja miks me oleme olemas.
CUORE eksperiment
Neutriinode uurimine tüüpilises laboris on keeruline, kuna need suhtlevad teiste ainetega harva ja neid on äärmiselt raske tuvastada - iga minut läbib teid märkamatult miljardeid. Neid on lisaks muudele kiirgusallikatele raske öelda. Seetõttu pidid füüsikud minema maa alla - peaaegu miili (1,6 kilomeetrit) maapinnast allapoole - kus hiiglaslik teraskera ümbritseb neutriinodetektorit, mida juhib Itaalia tuumafüüsika instituudi Gran Sasso riiklik labor.
See laboratoorium on kodu CUORE eksperimendile, mis otsib tõendeid protsessist, mida nimetatakse neutriinovabaks topelt-beeta lagunemiseks - veel üks viis öelda, kuidas neutriinod toimivad nende enda osakestena. Tavalises topelt-beeta lagunemise protsessis tuum laguneb ja eraldub kaks elektroni ja kaks antineutrino. Kuid neutriinovaba topelt-beeta lagunemine ei eralda antineutrinosid, kuna need antineutrinod võivad olla omaenda osakeste vastased antikehad ja hävitavad üksteist.
Püüdes seda protsessi "näha", jälgisid füüsikud telluuri isotoobi radioaktiivse lagunemise ajal eralduvat energiat (soojuse kujul). Kui toimuks neutriinovaba topelt-beeta lagunemine, oleks see teatud energiatasandil tipp.
Selle soojusenergia täpseks tuvastamiseks ja mõõtmiseks meisterdasid teadlased teadaoleva universumi kõige külmema kuupmeetri. Nad võrdlevad seda tohutu termomeetriga, kus on peaaegu 1000 telluurioksiidi (TeO2) kristalli, mis töötab temperatuuril 10 milli-kelvinit (mK), mis on miinus 459,652 kraadi Fahrenheiti (miinus 273,14 kraadi Celsiuse järgi).
Kuna radioaktiivse telluuri aatomid lagunevad, otsivad need detektorid seda energiapiiki.
"Vaatlus, et neutriinod on nende enda osakesed, oleks märkimisväärne avastus ja nõuab, et kirjutaksime ümber osakeste füüsika üldtunnustatud standardmudeli. See ütleks meile, et massi jaoks on olemas uus ja erinev mehhanism," arvas uurija Karsten Yale'i ülikooli professor Heeger rääkis ajakirjale Live Science.
Ja isegi kui CUORE ei suuda lõplikult näidata, et neutriino on tema enda antiosake, võib uuringus kasutatud tehnoloogial olla ka muid kasutusvõimalusi, ütles Massachusettsi tehnoloogiainstituudi füüsika abiprofessor ja CUORE meeskonna liige Lindley Winslow.
"Tehnoloogia, mis jahutab CUORE kuni 10 mK, on sama, mida kasutatakse kvantarvutite ülijuhtivate vooluringide jahutamiseks. Järgmine põlvkond kvantarvuteid võib elada CUORE-stiilis krüostaadis. Võite meid kutsuda varajasteks kasutuselevõtjateks," rääkis Winslow Live'ile Teadus.
