Globoko pod goro v Italiji, v najhladnejšem kubičnem metru znanega vesolja, znanstveniki lovijo dokaze, da dušni delci, imenovani nevtrini, delujejo kot njihovi lastni partnerji proti mačjam. Kar najdejo ti raziskovalci, bi lahko razložilo neravnovesje materije in antimaterije v vesolju.
Doslej so prišli praznih rok.
Zadnji rezultati prvega meseca eksperimenta CUORE (Kriogeni podzemni observatorij za redke dogodke) v mestu Gran Sasso v Italiji ne kažejo nobenega namiga o postopku, ki dokazuje nevtrino, ki nastajajo s kozmičnim sevanjem, ki so njihovi lastni partnerji proti mačjam. To pomeni, če se postopek zgodi, se zgodi tako redko, da poteka približno enkrat na 10 septillion (10 ^ 25) let.
Končni cilj tega eksperimenta je rešiti eno najbolj trajnih ugank v vesolju in tisto, ki namiguje, da sploh ne bi smeli biti tukaj. Ta uganka obstaja, ker bi moral teoretični Veliki prašek, v katerem je drobna singularnost napihnjena več kot 13,8 milijarde let ali približno toliko, da je oblikoval vesolje, povzročiti vesolje s 50-odstotno snovjo in 50-odstotno antimaterijo.
Ko se snov in antimaterija srečata, se uničujeta in onemogočata.
Ampak tega danes ne vidimo. Namesto tega je naše vesolje večinoma materija, znanstveniki pa se trudijo odkriti, kaj se je zgodilo z vsemi antimaterijo.
Tja pridejo nevtrini.
Kaj so nevtrini?
Nevtrini so drobni elementarni delci, ki praktično nimajo mase. Vsak je manjši od atoma, vendar so nekateri najpogostejši delci v naravi. Tako kot duhovi lahko prehajajo skozi ljudi in obzidje, ne da bi kdo (tudi nevtrini) to opazil.
Večina elementarnih delcev ima nenavaden protitastični protipostavljeni del, imenovan antidelec, ki ima enako maso kot njegov normalni partner, vendar nasproten naboj. Toda nevtrini so nekoliko nenavadni sami po sebi, saj komajda imajo maso, in so brezplačni. Torej, fiziki so domnevali, da bi lahko bili njihovi lastni delci.
Ko delček deluje kot lastni antidelec, se imenuje majoranski delec.
"Teorije, ki jih imamo trenutno, nam preprosto ne povedo, ali so nevtrini tiste vrste majorana ali ne. In zelo zanimivo je iskati, saj že vemo, da o nevtrinih nekaj pogrešamo," je teoretični fizik Sabine Hossenfelder, sodelavec Frankfurtskega inštituta za napredne študije v Nemčiji, je povedal Live Science. Hossenfelder, ki ni del skupine CUORE, navaja nenavadne nepojasnjene lastnosti nevtrinov.
Če so nevtrini majorani, bi lahko prešli med snov in antimaterijo. Če bi večina nevtrinov ob nastanku vesolja utonila v navadno snov, bi to lahko razložilo, zakaj danes materija prevlada nad antimaterijo - in zakaj obstajamo.
Poskus CUORE
Študiranje nevtrinov v tipičnem laboratoriju je težko, saj le redko posegajo v drugo snov in jih je izjemno težko zaznati - milijarde vsako minuto minejo skozi vas. Težko jih je tudi ločiti od drugih virov sevanja. Zato so morali fiziki iti pod zemljo - skoraj kilometer (1,6 kilometra) pod zemeljsko površino - kjer velikanska jeklena krogla vsebuje detektor nevtrinov, ki ga vodi italijanski Nacionalni inštitut za jedrsko fiziko Gran Sasso.
Ta laboratorij je dom eksperimenta CUORE, ki išče dokaze o postopku, imenovanem razpadanje z dvojno beta brez neutrinov - še en način, kako nevtrini pravijo, da delujejo kot lastni delci. V običajnem postopku dvojnega beta razpadanja jedro razpade in oddaja dva elektrona in dva antinevtrina. Vendar dvojno beta razpadanje z nevtrinozi ne bi sprožilo nobenega antinevtrina, ker bi ti antinevtrini lahko bili lastni anti delci in bi uničili drug drugega.
V svojem poskusu, da bi "videli" ta postopek, so fiziki opazovali energijo, ki jo oddaja (v obliki toplote) med radioaktivnim razpadom izotopa telurja. Če bi prišlo do nevtinoznega dvojnega beta razpada, bi pri določeni energijski ravni prišlo do vrhunca.
Za natančno odkrivanje in merjenje te toplotne energije so raziskovalci izdelali najhladnejši kubični meter v znanem vesolju. Primerjajo ga z ogromnim termometrom s skoraj 1.000 kristali telurjevega dioksida (TeO2), ki delujejo na 10 mili-kelvinov (mK), kar je minus 459.652 stopinj Fahrenheita (minus 273,14 stopinj Celzija).
Ko atomi radioaktivnega telurja razpadajo, ti detektorji iščejo ta energijski vrh.
"Opažanje, da so nevtrini njihovi lastni delci, bi bilo pomembno odkritje in bi zahtevalo, da ponovno napišemo splošno sprejeti standardni model fizike delcev. To bi nam povedalo, da obstaja nov in drugačen mehanizem, da bo material pridobil na masi," je raziskovalka Karsten Heeger, profesor z univerze Yale, je povedal Live Science.
In četudi CUORE ne more dokončno pokazati, da je nevtrino njegov lastni anti-delček, ima tehnologija, uporabljena v študiji, tudi druge namene, je dejala Lindley Winslow, docentka fizike na Massachusetts Institute of Technology in del ekipe CUORE.
"Tehnologija, ki hladi CUORE do 10 mK, je enaka, ki se uporablja za hlajenje superprevodnih vezij za kvantno računanje. Naslednja generacija kvantnih računalnikov lahko živi v kriostatu v stilu CUORE. Lahko nas pokličete zgodaj posvojitelji," je za Live povedal Winslow Znanost.
