Дълбоко под планина в Италия, в най-студения кубичен метър от известната вселена, учените търсят доказателства, че призрачни частици, наречени неутрино, действат като свои собствени антиматериални партньори. Това, което откриват тези изследователи, би могло да обясни дисбаланса на материята и антиматерията във Вселената.
Досега те излязоха с празни ръце.
Последните резултати от първите два месеца на експеримента CUORE (Криогенна подземна обсерватория за редки събития) в Гран Сасо, Италия, не показват намек за процес, доказващ неутрино, които се генерират от космическо излъчване, са свои собствени антиматериални партньори. Това означава, че ако процесът се случи, той се случва толкова рядко, че се провежда приблизително веднъж на всеки 10 септилиона (10 ^ 25) години.
Крайната цел на този експеримент е да разреши една от най-трайните загадки на Вселената и тази, която подсказва, че дори не бива да сме тук. Тази загадка съществува, защото теоретичният Голям взрив - в който се казва, че една малка сингулярност се е надула над 13,8 милиарда или около години, за да формира Вселената - би трябвало да доведе до вселената с 50 процента материя и 50 процента антиматерия.
Когато материята и антиматерията се срещнат, те се унищожават и правят взаимно несъществуващи.
Но това не е това, което виждаме днес. Вместо това нашата Вселена е предимно материя и учените се надпреварват да открият какво се е случило с цялата антиматерия.
Точно там влизат неутрино.
Какво представляват неутрино?
Неутрино са малки елементарни частици, които практически нямат маса. Всеки от тях е по-малък от атом, но те са едни от най-изобилните частици в природата. Подобно на призраци, те могат да преминават през хора и стени, без никой (дори неутрините) да забележи.
Повечето елементарни частици имат нечетен антиматериален колега, наречен античастица, който има същата маса като неговия партньор с нормална материя, но с обратен заряд. Но неутрино са малко странни сами по себе си, тъй като те почти нямат маса и те са безплатни. Така че физиците предположиха, че те могат да бъдат собствени античастици.
Когато една частица действа като своя собствена античастица, тя се нарича частица майорана.
"Теориите, които в момента имаме, просто не ни казват дали неутрино са от този тип майорана. И това е много интересно нещо, което трябва да търсим, защото вече знаем, че ни липсва нещо за неутрино", теоретик физик Сабин Пред Honssenfelder, сътрудник от Франкфуртския институт за напреднали изследвания в Германия, каза Live Science. Хосенфелдер, който не е част от CUORE, има предвид причудливите необясними характеристики на неутрино.
Ако неутрино са мажорани, тогава те биха могли да преминат между материя и антиматерия. Ако повечето неутрино се превърнаха в обикновена материя при създаването на Вселената, изследователите казаха, това би могло да обясни защо материята надделява над антиматерията днес - и защо съществуваме.
Експериментът CUORE
Изучаването на неутрино в типична лаборатория е трудно, защото те рядко взаимодействат с друга материя и са изключително трудни за откриване - милиарди минават през вас неоткрити всяка минута. Трудно е да ги разкажем освен за други източници на радиация. Ето защо физиците трябваше да минат под земята - близо една миля (1,6 километра) под земната повърхност - където гигантска стоманена сфера обхваща детектор за неутрино, управляван от Националния лаборатория на Гран Сасо на Италианския национален институт за ядрена физика.
Тази лаборатория е домът на експеримента CUORE, който търси доказателства за процес, наречен неутрино без двоен бета-разпад - друг начин да се каже, че неутрино действат като собствени античастици. При нормален процес на двойно-бета разпад, ядро се разпада и излъчва два електрона и две антинейтрино. Въпреки това, безтринозно двойно-бета гниене не би отделяло никакви антинейтрино, защото тези антинейтрино биха могли да служат като свои собствени античастици и биха се унищожили взаимно.
В опита си да „видят“ този процес, физиците наблюдавали излъчената енергия (под формата на топлина) по време на радиоактивно разпадане на изотоп на телур. Ако се случи разпад на бета-бетатрит без неутрино, ще има пик при определено енергийно ниво.
За да открият и измерват точно тази топлинна енергия, изследователите са изработили най-студения кубичен метър в известната вселена. Сравняват го с огромен термометър с почти 1000 кристала от телуров диоксид (TeO2), работещ при 10 мили-келвина (mK), което е минус 459.652 градуса по Фаренхайт (минус 273.14 градуса по Целзий).
Докато атомите на радиоактивния телур се разпадат, тези детектори търсят този енергиен пик.
"Наблюдението, че неутрино са собствени античастици, би било значително откритие и би трябвало да пренапишем общоприетия стандартен модел на физиката на частиците. Това би ни казало, че има нов и различен механизъм за получаване на маса от материята", изследовател на изследването Карстен Heeger, професор в Йейлския университет, каза Live Science.
И дори ако CUORE не може окончателно да покаже, че неутрино е собствената му античастица, технологията, използвана в изследването, може да има и други приложения, заяви Линдли Уинслоу, асистент по физика в Масачузетския технологичен институт и част от екипа на CUORE.
"Технологията, която охлажда CUORE до 10 mK, е същата, която се използва за охлаждане на свръхпроводящи схеми за квантови изчисления. Следващото поколение квантови компютри може да живее в криостат в стил CUORE. Можете да ни наречете ранни осиновители", каза Уинслоу на живо Science.
