Jau vairākus gadus starptautiska pētnieku grupa ir paslēpusies dziļi zem kalna Itālijas centrā, nenogurstoši savācot visjutīgākos mērījumus no zināmā Visuma aukstākā kubikmetra. Zinātnieki meklē pierādījumus tam, ka spocīgās daļiņas, ko sauc par neitrīniem, nav atšķiramas no viņu pašu antimateriāla līdziniekiem. Ja tas tiks pierādīts, atklājums varētu atrisināt kosmisko saprātu, kas gadu desmitiem satraucis fiziķus: Kāpēc matērija vispār pastāv?
Viņi jau sen ir zinājuši, ka matērijai ir ļauns dvīņu saukts par antimatēriju. Katrai pamatsastāvdaļai Visumā pastāv pretdaļiņa, kas ir gandrīz identiska tās brālim vai brālim, ar tādu pašu masu, bet pretēju lādiņu. Kad daļiņa un antidaļiņa tiekas aci pret aci, tās iznīcina viena otru, radot tīru enerģiju.
"Mums ir šī acīmredzamā uzskaites simetrija starp matēriju un antimateriālu," Live Science sacīja Virdžīnijas Tehniskās universitātes fizikas profesors Tomass O'Donels. "Katru reizi, izgatavojot kādu matērijas gabalu, jūs izgatavojat arī balansējošu antimatērijas gabalu, un katru reizi, kad iznīcināt kādu matērijas gabalu, jums ir jāiznīcina antimateriāla gabals. Ja tā ir taisnība, jums nekad nevar būt vairāk nekā viena veida nekā otrs. "
Šī simetrija ir pretrunā ar mūsu pašreizējo izpratni par to, kā sākās Visums. Saskaņā ar Lielā sprādziena teoriju, kad pirms apmēram 13,8 miljardiem gadu Visums izvērsās no bezgalīgas singularitātes, tiek uzskatīts, ka radās vienādi daudz matērijas un antimateriāla. Tomēr, kad astronomi šodien skatās kosmosā, Visumu gandrīz pilnībā veido matērija, un neviena no redzamajiem ļaunajiem dvīņiem nav redzama. Vairāk satraucoša, ja Lielā sprādziena teorija ir pareiza, tad mums - jā, cilvēkiem - šodien nevajadzētu šeit atrasties.
"Ja matērija un antimateriāls pilnībā pakļaujas šai simetrijai, tad, attīstoties kosmosam, visa matērija un antimateriāls būtu iznīcināts fotonos, un zvaigznēm, planētām vai pat cilvēka šūnām nebūtu jāatstāj vienalga. Mēs nepastāvētu!" O'Donels sacīja. "Tad lielais jautājums ir:" Vai šī grāmatvedības shēma kādreiz Visuma evolūcijas laikā sabojājās? ""
Uz šo jautājumu cer atbildēt O'Donnells un citi līdzstrādnieki. Pēdējo divu gadu laikā viņu komanda ir apkopojusi un analizējusi datus no CUORE (Kriogēnās pazemes novērošanas centra retiem notikumiem) eksperimenta Gran Sasso Nacionālajā laboratorijā Itālijā, meklējot smēķēšanas pistoli, kas ļautu atpūsties no šīs kosmiskās noslēpuma.
Mazie neitrālie
CUORE, kas itāļu valodā nozīmē "sirds", meklē pierādījumus tam, ka nenotveramās subatomiskās daļiņas, ko sauc par neitrīniem, ir viņu pašu daļiņas, ko fiziķi sauc par Majorana daļiņām. Neitrīnus, kas cauri lielākai daļai iziet cauri spektriem, ir ārkārtīgi grūti atklāt. Faktiski, saskaņā ar NASA, triljoni neitrīnu, kas rodas no mūsu saules ugunīgās kodol krāsns, katru sekundi šķērso mūsu ķermeņus.
CUORE eksperiments meklē Majorana neitrīnu pazīmes, kas iznīcina viens otru procesā, ko sauc par neitrīno divkāršo beta-sabrukšanu. Parastā divkāršā beta-beta sadalīšanās gadījumā divi neitroni atoma kodolā vienlaicīgi morfē divos protonos, izstarojot elektronu pāri un antineutrinos. Šis kodolieroču notikums, kaut arī ārkārtīgi reti un atsevišķam atomam notiek tikai reizi 100 kvintillionu gados (10 ^ 20), ir novērots reālajā dzīvē.
Tomēr, ja pētnieki ir pareizi un neitrīni ir patiesas Majorana daļiņas (tās ir viņu pašu daļiņas), tad abi antineutrīni, kas izveidoti sabrukšanas laikā, varētu iznīcināt viens otru un radīt neitrīno divkāršās beta beta sabrukumu. Rezultāts? Tikai elektroni, kas ir "parasta matērija". Ja šis process izrādās patiess, tas var būt atbildīgs par agrīnā Visuma iesēšanu ar parasto matēriju. Šī procesa novērošana tomēr ir cits stāsts. Zinātnieki lēš, ka neitrīno divkāršā beta beta sabrukšana (ja tāda vispār pastāv) var notikt tikai reizi 10 septiņu gadu laikā (10 ^ 25).
"Neitrīno režīms ir tāds, kādu mēs patiešām vēlamies redzēt, tas pārkāptu noteikumus, radot matēriju bez antimateriāla," sacīja O'Donnells, kurš ir CUORE sadarbības dalībnieks. "Tas būtu pirmais pavediens reālam matērijas un antimateriāla asimetrijas risinājumam."
CUORE detektors enerģijas signālu siltumenerģijas veidā meklē no elektroniem, kas izveidoti telūra atomu radioaktīvās sabrukšanas laikā. Neitrinoša divkāršā beta beta sabrukšana atstātu unikālu un atšķirīgu maksimumu elektronu enerģijas spektrā.
"CUORE būtībā ir viens no jutīgākajiem pasaules termometriem," teikts paziņojumā CUORE sadarbības tehniskais koordinators Karlo Bucci.
Desmit gadu laikā saliktais CUORE instruments ir zināmā Visuma aukstākais kubikmetrs. Tas sastāv no 988 kuba formas kristāliem, kas izgatavoti no telūra dioksīda, atdzesēti līdz 10 mili kelviniem vai mīnus 460 grādiem pēc Fārenheita (mīnus 273 grādi pēc Celsija), tikai mati, kas ir virs aukstākās temperatūras, to pieļauj fizika. Lai pasargātu eksperimentu no ārējo daļiņu, piemēram, kosmisko staru, iejaukšanās, detektors ir ievietots biezā ļoti tīra svina slānī, kas atgūts no 2000 gadus vecā Romas kuģa vraka.
Neskatoties uz komandas tehnoloģiskajiem sasniegumiem, neitrīno notikumu atrašana nav izrādījies viegls uzdevums. Kopš to sākotnējiem rezultātiem 2017. gadā pētnieki ir vairāk nekā četrkāršoti savāktie dati, kas ir lielākā datu kopa, ko jebkad savācis šāda veida daļiņu detektors. Viņu jaunākie rezultāti, kas publicēti pirmsdrukas datu bāzē arXiv, liecina, ka viņi nav atraduši pierādījumus par neitrīno divkāršās beta beta bojāšanos.
Sadarbība joprojām tiek nolemta, lai nomedītu šo nenotveramo dubultā aģenta daļiņu. Viņu rezultāti ir stingrāki par gaidāmo Majorana neitrīno masu, kas, viņuprāt, ir vismaz 5 miljonus reižu vieglāks par elektronu. Komanda plāno uzlabot CUORE pēc tā sākotnējā piecu gadu darbības, ieviešot jaunu kristāla veidu, kas, viņuprāt, ievērojami uzlabos tā jutīgumu.
"Ja vēsture ir labs nākotnes pareģotājs, tad mēs varam būt diezgan pārliecināti, ka detektoru tehnoloģiju apvalka iespiešana ļaus mums pārbaudīt neitrīnus ar arvien pieaugošu dziļumu," sacīja O'Donnells. "Cerams, ka mēs atklāsim neitrīno dubultā beta-sabrukšanu vai varbūt kaut ko eksotiskāku un negaidītu."
