Syvällä Italian vuoren alla, tunnetun maailmankaikkeuden kylmimmässä kuutiometrissä, tutkijat etsivät todisteita siitä, että aavemaiset hiukkaset, joita kutsutaan neutriinoiksi, toimivat omina maapallonvastaisina kumppaneina. Se, mitä nämä tutkijat löytävät, voisi selittää aineen ja antimaterian epätasapainon maailmankaikkeudessa.
Toistaiseksi he ovat keksineet tyhjin käsin.
Viimeisimmät tulokset CUORE (Cryogenic Underground Observatory for Harvinaisten tapahtumien) kokeesta kahdessa ensimmäisessä kuukaudessa Gran Sassossa, Italiassa, eivät viittaa prosessiin, joka osoittaisi, että kosmisen säteilyn tuottamat neutriinot ovat heidän omia antimateriaalikumppaneitaan. Tämä tarkoittaa, että jos prosessia tapahtuu, niin se tapahtuu niin harvoin, että se tapahtuu suunnilleen kerran joka seitsemän seitsemän (10 ^ 25) vuoden välein.
Tämän kokeen lopullinen tavoite on ratkaista yksi maailmankaikkeuden kestävimmistä arvoituksista, ja joka ehdottaa, että meidän ei pitäisi edes olla täällä. Tämä arvoitus on olemassa, koska teoreettisen ison räjähdyksen - jossa pienen singulaarisuuden sanotaan olevan kasvanut yli 13,8 miljardia vuotta maailmankaikkeuden muodostamiseksi - olisi pitänyt johtaa maailmankaikkeuteen, jossa on 50 prosenttia ainetta ja 50 prosenttia antimateriaa.
Kun aine ja antimateria kohtaavat, ne tuhoavat ja tekevät toisistaan olemattomia.
Mutta se ei ole mitä näemme tänään. Sen sijaan maailmankaikkeuksemme on enimmäkseen asiaa, ja tutkijat pyrkivät selvittämään, mitä kaikille antimaterialle tapahtui.
Sieltä neutriinoja tulee.
Mitä ovat neutriinot?
Neutriinot ovat pieniä alkuainehiukkasia, joilla ei käytännössä ole massaa. Jokainen niistä on pienempi kuin atomi, mutta ne ovat joitain luonnon runsaimmista hiukkasista. Kuten aaveet, ne voivat kulkea ihmisten ja seinien läpi ketään (jopa neutriinoja) huomaamatta.
Suurimmalla osalla alkuainehiukkasista on pariton antimateriaalin vastine, jota kutsutaan antihiukkaseksi, jolla on sama massa kuin normaaliainepartnerilla, mutta vastakkaisella varauksella. Mutta neutriinot ovat itsessään vähän omituisia, koska niillä tuskin on massaa ja ne ovat maksuttomia. Joten fyysikot ovat oletaneet, että he voivat olla omia hiukkasia.
Kun hiukkanen toimii omana partikkeliksi, sitä kutsutaan majoranapartikkeliksi.
"Teoriat, joita tällä hetkellä meillä ei yksinkertaisesti ole, kertovat meille, ovatko neutriinot kyseisestä Majorana-tyypistä. Ja se on erittäin mielenkiintoinen asia, jota etsimme, koska tiedämme jo, että puuttuu jotain neutriinoista", teoreettinen fyysikko Sabine Saksalainen Frankfurtin syventävän tutkimuksen instituutin stipendiaatti Hossenfelder kertoi elävälle tiedelle. Hossenfelder, joka ei ole osa CUORE: ta, viittaa neutrinoiden outoihin, selittämättömiin piirteisiin.
Jos neutriinot ovat majoraaneja, niin he pystyisivät siirtymään aineen ja antimaterian välillä. Jos tutkijoiden mielestä suurin osa neutriinoista morfifioitu tavalliseen aineeseen maailmankaikkeuden alkaessa, tämä voisi selittää miksi aine ylittää tänään antimaterian - ja miksi meillä on olemassa.
CUORE-kokeilu
Neutriinojen tutkiminen tyypillisessä laboratoriossa on vaikeaa, koska ne ovat harvoin vuorovaikutuksessa muiden aineiden kanssa ja niitä on erittäin vaikea havaita - miljardeja kulkee sinut läpi huomaamatta joka minuutti. Heitä on myös vaikea erottaa muista säteilylähteistä. Siksi fyysikkojen piti mennä maan alle - melkein mailin (1,6 km) maanpinnan alapuolelle - missä jättiläinen teräspallo ympäröi neutrinodetektoria, jota johtaa Italian ydinfysiikan instituutin Gran Sasso -laboratorio.
Tämä laboratorio on CUORE-kokeen koti, joka etsii todisteita prosessista, jota kutsutaan neutriinoittomaksi kaksois-beeta-hajoamiseksi - toinen tapa sanoa, että neutriinot toimivat niiden omina hiukkasina. Normaalissa kaksois-beeta-hajoamisprosessissa ydin hajoaa ja emittoi kaksi elektronia ja kaksi antineutrinoa. Neutrinoless kaksois-beeta-hajoaminen ei kuitenkaan vapauta mitään antineutrinoja, koska nämä antineutrinot voisivat toimia omina hiukkasinaan ja tuhotavat toisiaan.
Yrittäessään "nähdä" tämän prosessin, fyysikot tarkkailivat energian vapautumista (lämmön muodossa) telluurin isotoopin radioaktiivisen hajoamisen aikana. Jos tapahtuisi neutriinoittomia kaksois-beeta-hajoamisia, olisi piikki tietyllä energiatasolla.
Tämän lämpöenergian havaitsemiseksi ja mittaamiseksi tutkijat valmistivat tunnetun maailmankaikkeuden kylmimmän kuutiometrin. He vertaa sitä valtavaan lämpömittariin, jossa on lähes 1 000 telluuridioksidikitettä (TeO2), jotka toimivat 10 milli-kelvinillä (mK), mikä on miinus 459,652 Fahrenheit-astetta (miinus 273,14 Celsius-astetta).
Kun radioaktiiviset telluuriatomit hajoavat, nämä ilmaisimet etsivät sitä energiahuippua.
"Havainto, että neutriinot ovat niiden omia hiukkasia, olisi merkittävä löytö ja vaatisi meitä kirjoittamaan uudelleen hiukkasfysiikan yleisesti hyväksytty standardimalli. Se kertoisi meille, että aineella on uusi ja erilainen mekanismi, jolla on massa," tutkimuksen tutkija Karsten Yelen yliopiston professori Heeger kertoi Live Sciencelle.
Ja vaikka CUORE ei pysty lopullisesti osoittamaan, että neutriino on sen oma hiukkasen vastainen, tutkimuksessa käytetyllä tekniikalla voi olla muita käyttötarkoituksia, sanoi Massachusettsin teknillisen instituutin fysiikan apulaisprofessori Lindley Winslow ja osa CUORE-ryhmää.
"Tekniikka, joka jäähdyttää CUORE-arvon 10 mK: iin, on sama kuin kvanttilaskennan suprajohtavien piireiden jäähdyttäminen. Seuraava sukupolven kvantitietokoneet voivat elää CUORE-tyylisessä kryostaatissa. Voisit kutsua meitä varhaisiksi käyttäjiksi", Winslow kertoi Livelle. Science.
