Βαθιά κάτω από ένα βουνό στην Ιταλία, στο πιο κρύο κυβικό μέτρο του γνωστού κόσμου, οι επιστήμονες αναζητούν στοιχεία που φανταστικά σωματίδια που ονομάζονται νετρίνα ενεργούν ως δικοί τους συνεργάτες αντιύλης. Αυτό που οι ερευνητές βρίσκουν θα μπορούσε να εξηγήσει την ανισορροπία της ύλης και της αντιύλης στο σύμπαν.
Μέχρι στιγμής, έχουν έρθει με άδειο χέρι.
Τα τελευταία αποτελέσματα των πρώτων δύο μηνών του πειράματος CUORE (Κρυογονικό υπόγειο παρατηρητήριο για σπάνιες εκδηλώσεις) στο Gran Sasso της Ιταλίας δεν δείχνουν καμία ένδειξη διαδικασίας που αποδεικνύει ότι τα νετρίνα παράγονται από την κοσμική ακτινοβολία είναι οι δικοί τους συνεργάτες αντιύλης. Αυτό σημαίνει ότι, αν συμβαίνει η διαδικασία, συμβαίνει τόσο σπάνια ότι συμβαίνει περίπου μία φορά κάθε δέκα δεκαπέντε (10 ^ 25) χρόνια.
Ο απώτερος στόχος αυτού του πειράματος είναι να λύσει ένα από τα πιο διαρκή αινίγματα του σύμπαντος, και αυτό που δείχνει ότι δεν πρέπει να είμαστε καν εδώ. Αυτό το αίνιγμα υπάρχει επειδή η θεωρητική Μεγάλη Έκρηξη - στην οποία μια μικρή μοναδικότητα λέγεται ότι έχει φουσκώσει πάνω από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια για να σχηματίσει το σύμπαν - θα έπρεπε να είχε οδηγήσει σε ένα σύμπαν με 50 τοις εκατό ύλης και 50 τοις εκατό αντιύλη.
Όταν η ύλη και η αντιύλη συναντούν, αφανίζουν και αποδίδουν ο ένας τον άλλον ανύπαρκτο.
Αλλά δεν είναι αυτό που βλέπουμε σήμερα. Αντίθετα, το σύμπαν μας είναι ως επί το πλείστον θέμα, και οι επιστήμονες αγωνίζονται να ανακαλύψουν τι συνέβη σε όλη την αντιύλη.
Εκεί βρίσκονται τα νετρίνα.
Τι είναι τα νετρίνα;
Τα νετρίνα είναι μικροσκοπικά στοιχειώδη σωματίδια με σχεδόν καμία μάζα. Κάθε μία είναι μικρότερη από ένα άτομο, αλλά είναι μερικά από τα πιο άφθονα σωματίδια στη φύση. Όπως και τα φαντάσματα, μπορούν να περάσουν μέσα από ανθρώπους και τοίχους χωρίς να παρατηρούν κανείς (ακόμα και τα νετρίνα).
Τα περισσότερα στοιχειώδη σωματίδια έχουν ένα παράξενο αντιαμερικανικό αντίστοιχο, που ονομάζεται αντισωματίδιο, το οποίο έχει την ίδια μάζα με το φυσιολογικό συνεργάτη του αλλά το αντίθετο φορτίο. Αλλά τα νετρίνα είναι λίγο περίεργα από μόνα τους, επειδή δεν έχουν καθόλου μάζα και είναι ατάραστα. Έτσι, οι φυσικοί έχουν υποθέσει ότι θα μπορούσαν να είναι τα δικά τους αντισωματίδια.
Όταν ένα σωματίδιο ενεργεί ως δικό του αντισωματίδιο, ονομάζεται σωματίδιο Majorana.
"Οι θεωρίες που τώρα απλά δεν μας λένε αν τα νετρίνα είναι του τύπου Majorana και είναι πολύ ενδιαφέρον να ψάξουμε γιατί γνωρίζουμε ήδη ότι μας λείπει κάτι για τα νετρίνα", δήλωσε ο θεωρητικός φυσικός Sabine Ο Hossenfelder, ένας συνεργάτης του Ινστιτούτου Προηγμένων Μελετών της Φρανκφούρτης στη Γερμανία, δήλωσε στο Live Science. Ο Hossenfelder, ο οποίος δεν είναι μέλος του CUORE, αναφέρεται στα περίεργα ανεξήγητα χαρακτηριστικά των νετρίνων.
Αν τα νετρίνα είναι Majoranas, τότε θα είναι σε θέση να μεταβαίνουν ανάμεσα στην ύλη και την αντιύλη. Εάν τα περισσότερα από τα νετρίνα μεταμορφώθηκαν σε συνηθισμένη ύλη κατά την έναρξη του σύμπαντος, σύμφωνα με τους ερευνητές, αυτό θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί η ύλη ξεπερνά σήμερα την αντιύλη - και γιατί υπάρχει.
Το πείραμα CUORE
Η μελέτη νετρίνων σε ένα τυπικό εργαστήριο είναι δύσκολη, επειδή σπάνια αλληλεπιδρούν με άλλες ουσίες και είναι εξαιρετικά δύσκολο να ανιχνευθούν - δισεκατομμύρια περνούν μέσα από σας χωρίς να ανιχνεύονται κάθε λεπτό. Είναι επίσης δύσκολο να τους πείτε εκτός από άλλες πηγές ακτινοβολίας. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι φυσικοί χρειάστηκαν να περάσουν κάτω από το έδαφος - σχεδόν ένα μίλι (1,6 χιλιόμετρα) κάτω από την επιφάνεια της Γης - όπου μια γιγαντιαία χαλύβδινη σφαίρα περιβάλλει έναν ανιχνευτή νετρίνων που διευθύνεται από το Εθνικό Εργαστήριο Εθνικού Ινστιτούτου για την Πυρηνική Φυσική.
Αυτό το εργαστήριο είναι το σπίτι του πειράματος CUORE, το οποίο αναζητά στοιχεία μιας διαδικασίας που ονομάζεται νετρίνο διπλή βήτα αποσύνθεση - ένας άλλος τρόπος για να πούμε ότι τα νετρίνα δρουν ως τα δικά τους αντι-σωματίδια. Σε μια φυσιολογική διαδικασία διπλής βήτα αποσύνθεσης, ένας πυρήνας αποσυντίθεται και εκπέμπει δύο ηλεκτρόνια και δύο αντινετρίνους. Ωστόσο, η αποσύνθεση διπλής βήτα χωρίς νετρίνο δεν θα εκπέμπει κανένα αντινετρίτο, επειδή αυτά τα αντινεττρίνα θα μπορούσαν να χρησιμεύσουν ως τα δικά τους αντισωματίδια και θα εκμηδενίζονταν μεταξύ τους.
Στην προσπάθειά τους να «δουν» αυτή τη διαδικασία, οι φυσικοί παρακολούθησαν την εκπεμπόμενη ενέργεια (με τη μορφή θερμότητας) κατά τη διάρκεια της ραδιενεργού αποσύνθεσης ενός ισότοπου τελλούριου. Εάν εμφανιστεί αποσύνθεση διπλής βήτα από νετρίνο, θα υπάρξει μια κορυφή σε ένα ορισμένο επίπεδο ενέργειας.
Για να ανιχνεύσουν και να μετρήσουν με ακρίβεια αυτή τη θερμότητα, οι ερευνητές δημιούργησαν το ψυχρότερο κυβικό μέτρο στο γνωστό σύμπαν. Την συγκρίνουν με ένα τεράστιο θερμόμετρο με σχεδόν 1.000 κρυστάλλους διοξειδίου του τελλουρίου (TeO2) που λειτουργούν σε 10 milli-Kelvin (mK), που είναι μείον 459.652 βαθμούς Φαρενάιτ (μείον 273.14 βαθμούς Κελσίου).
Καθώς τα άτομα ραδιενεργού τελλουρίου αποσυντίθενται, αυτοί οι ανιχνευτές αναζητούν αυτή την κορυφή ενέργειας.
"Η παρατήρηση ότι τα νετρίνα είναι τα δικά τους αντισώματα θα ήταν μια σημαντική ανακάλυψη και θα απαιτούσε από εμάς να ξαναγράψουμε το κοινώς αποδεκτό Πρότυπο Μοντέλο Φυσικής των σωματιδίων. Θα μας έλεγε ότι υπάρχει ένας καινούργιος και διαφορετικός μηχανισμός για την ύλη να έχει μάζα", λέει ο ερευνητής Karsten Ο Heeger, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Yale, είπε στη Live Science.
Και ακόμα κι αν η CUORE δεν μπορεί να αποδείξει οριστικά ότι το νετρίνο είναι το δικό του αντι-σωματίδιο, η τεχνολογία που χρησιμοποιείται στη μελέτη μπορεί να έχει άλλες χρήσεις, δήλωσε ο Lindley Winslow, βοηθός καθηγητής φυσικής στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης και μέλος της ομάδας CUORE.
"Η τεχνολογία που δροσίζει CUORE κάτω από 10 mK είναι η ίδια που χρησιμοποιείται για την ψύξη των υπεραγώγιμων κυκλωμάτων για την κβαντική υπολογιστική." Η επόμενη γενιά κβαντικών υπολογιστών μπορεί να ζήσει σε ένα κρυοστάτη τύπου CUORE. Επιστήμη.
