Hluboko pod horou v Itálii, v nejchladnějším kubickém metru známého vesmíru, vědci hledají důkazy, že strašidelné částice zvané neutrina působí jako jejich vlastní antihmotní partneři. To, co tito vědci najdou, by mohlo vysvětlit nerovnováhu hmoty a antihmoty ve vesmíru.
Doposud přišli s prázdnou rukou.
Nejnovější výsledky z prvních dvou měsíců experimentu CUORE (Cryogenic Underground Observatory for Rare Events) v Gran Sasso, Itálie, nenaznačují žádný náznak procesu dokazujícího neutrina, která jsou generována kosmickým zářením, jsou jejich vlastními antihmotovými partnery. To znamená, že pokud k tomu dojde, dochází tak zřídka, že se provádí zhruba jednou za každých 10 září (10 ^ 25) let.
Konečným cílem tohoto experimentu je vyřešit jednu z nejtrvalejších hádanek ve vesmíru a tu, která naznačuje, že bychom tady neměli být. Tato hádanka existuje, protože teoretický Velký třesk - ve kterém se říká, že se nafoukla malá singularita přes 13,8 miliard let, aby se vytvořil vesmír - by měl vést k vesmíru s 50% hmotou a 50% antihmotou.
Když se setkají hmota a antihmota, ničí se a navzájem se stávají neexistujícími.
Ale to není to, co dnes vidíme. Místo toho je náš vesmír většinou důležitý a vědci se snaží zjistit, co se stalo se všemi antihmoty.
Tam přicházejí neutrina.
Co jsou to neutrina?
Neutrina jsou malé elementární částice s prakticky žádnou hmotou. Každý z nich je menší než atom, ale jsou to jedny z nejhojnějších částic v přírodě. Stejně jako duchové mohou procházet lidmi a zdmi, aniž by si to někdo (i neutrin) všiml.
Většina elementárních částic má lichý protějšek antihmoty, nazývaný antičástice, který má stejnou hmotnost jako jeho partner s normální hmotou, ale opačný náboj. Ale neutrina jsou sama o sobě trochu podivná v tom, že sotva mají žádnou hmotu a jsou bez poplatku. Fyzici tak předpokládali, že by to mohli být jejich vlastní antičástice.
Když částice působí jako vlastní antičástice, nazývá se částice Majorany.
"Teorie, které nám v současné době prostě neříkají, zda jsou neutrinos tohoto typu Majorany. A je velmi zajímavé hledat, protože už víme, že nám něco o neutrinech chybí," teoretická fyzika Sabine Hossenfelder, člen frankfurtského institutu pro pokročilá studia v Německu, řekl společnosti Live Science. Hossenfelder, který není součástí CUORE, odkazuje na bizarní nevysvětlitelné rysy neutrin.
Pokud jsou neutrina Majoranem, budou schopni přecházet mezi hmotou a antihmotou. Pokud by se většina neutrinů proměnila v obyčejnou hmotu na počátku vesmíru, řekli vědci, mohlo by to vysvětlit, proč hmota dnes převáží antihmotu - a proč existujeme.
Experiment CUORE
Studium neutrin v typické laboratoři je obtížné, protože jen zřídka interagují s jinou hmotou a je velmi těžké je odhalit - miliardy projdou skrz vás nezjištěnou každou minutu. Je také těžké je od sebe oddělit od jiných zdrojů záření. Proto fyzici museli jít do podzemí - téměř kilometr (1,6 km) pod zemský povrch - kde obrovská ocelová koule obklopuje detektor neutrin, který provozuje Národní laboratoř pro jadernou fyziku Gran Sasso National Laboratory.
Tato laboratoř je domovem experimentu CUORE, který hledá důkaz procesu zvaného neutrinoless double-beta decay - další způsob, jak říci, že neutrinos působí jako jejich vlastní antičástice. Při normálním procesu rozpadu dvojitého beta se jádro rozkládá a emituje dva elektrony a dva antineutriny. Avšak neutrinolový rozpad dvojitého beta nevyvolává žádné antineutriny, protože tyto antineutriny mohou sloužit jako jejich vlastní antičástice a navzájem se ničí.
Ve svém pokusu „vidět“ tento proces fyzici sledovali energii emitovanou (ve formě tepla) během radioaktivního rozkladu izotopu teluria. Pokud by došlo k rozpadu neutrinalové dvojité beta, došlo by k vrcholu při určité úrovni energie.
K přesnému odhalení a měření této tepelné energie vědci vytvořili nejchladnější kubický metr ve známém vesmíru. Srovnávají jej s obrovským teploměrem s téměř 1 000 krystaly oxidu teluričitého (TeO2) pracujícími při 10 mil kelvinech (mK), což je minus 459,652 ° Fahrenheita (minus 273,14 stupňů Celsia).
Jak se atomy radioaktivního teluria rozkládají, tyto detektory hledají energetický vrchol.
"Pozorování, že neutrina jsou jejich vlastní antičástice, by bylo významným objevem a vyžadovalo by nás přepsat běžně přijímaný Standardní model částicové fyziky. Řeklo by nám, že existuje nový a odlišný mechanismus pro hmotu, která má hmotnost," výzkumný pracovník studie Karsten Heeger, profesor na Yale University, řekl Live Science.
A i když CUORE nemůže definitivně prokázat, že neutrino je jeho vlastní antičástice, technologie použitá ve studii může mít i jiná využití, řekla Lindley Winslow, odborná asistentka fyziky na Massachusetts Institute of Technology a část týmu CUORE.
"Technologie, která chladí CUORE na 10 mK, je stejná, jaká se používá k chlazení supravodivých obvodů pro kvantové výpočty. Další generace kvantových počítačů může žít v kryostatu ve stylu CUORE. Mohli byste nám zavolat rané adoptory," řekl Winslow Live Věda.
