Duboko ispod planine u Italiji, u najhladnijem kubnom metru poznatog svemira, znanstvenici tragaju za dokazima da sablasne čestice zvane neutrini djeluju kao vlastiti partneri antimaterije. Ono što ovi istraživači utvrde moglo bi objasniti neravnotežu materije i antimaterije u svemiru.
Do sada su došli praznih ruku.
Posljednji rezultati iz prva dva mjeseca eksperimenta CUORE (Kriogeni podzemni opservatorij za rijetke događaje) u Gran Sassou, Italija, ne pokazuju nikakvu naznaku procesa koji dokazuje neutrine koji nastaju kozmičkim zračenjem njihovi su vlastiti antimaterijski partneri. To znači da se, ako se proces dogodi, događa tako rijetko da se odvija otprilike jednom svakih 10 septilijona (10 ^ 25) godina.
Krajnji cilj ovog eksperimenta je riješiti jednu od najdirljivijih zagonetki u svemiru i onu koja sugerira da ne bismo smjeli biti ovdje. Ta zagonetka postoji zato što bi teorijski Veliki prasak - za koji se kaže da je sitna jedinstvenost napuhala više od 13,8 milijardi ili toliko godina da bi stvorio svemir - trebao rezultirati svemirom s 50 posto materije i 50 posto antimaterije.
Kada se materija i antimaterija sastanu, one se uništavaju i čine jedni druge nepostojećim.
Ali to nije ono što danas vidimo. Umjesto toga, naš svemir je uglavnom materija, a znanstvenici se trude otkriti što se dogodilo sa svim antimaterijama.
Tamo ulaze neutrini.
Što su neutrini?
Neutrini su sitne elementarne čestice koje praktički nemaju masu. Svaki je manji od atoma, ali one su neke od najzastupljenijih čestica u prirodi. Poput duhova, mogu proći kroz ljude i zidove a da ih nitko (čak i neutrini) ne primijete.
Većina elementarnih čestica ima neobičan protuupalni materijal, nazvan antičestica, koji ima istu masu kao i njegov normalni partner, ali suprotan naboj. Ali neutrini su malo neobični sami po sebi, jer oni jedva imaju masu, i neiscrpni su. Dakle, fizičari su pretpostavili da bi mogli biti vlastite antičestice.
Kada čestica djeluje kao vlastita antičestica, to se naziva majoranska čestica.
"Teorije koje trenutno imamo jednostavno nam ne govore jesu li neutrini tog majoranskog tipa ili ne. I vrlo je zanimljivo tražiti, jer već znamo da nam nešto nedostaje o neutrinama", teorijski fizičar Sabine Hossenfelder, suradnik Frankfurtskog instituta za napredne studije, rekao je za Live Science. Hossenfelder, koji nije dio CUORE-a, odnosi se na bizarno neobjašnjene značajke neutrina.
Ako su neutrini majorani, oni bi mogli prijeći između materije i antimaterije. Ako je većina neutrina u trenutku kad je svemir nastao upadala u običnu materiju, to bi moglo objasniti zašto materija danas nadmašuje antimateriju - i zašto mi postojimo.
CUORE eksperiment
Proučavanje neutrina u tipičnom laboratoriju je teško jer rijetko komuniciraju s drugom materijom i izuzetno ih je teško detektirati - milijarde vas prolaze neotkrivene svake minute. Teško ih je reći i osim drugih izvora zračenja. Zbog toga su fizičari trebali ići podzemno - gotovo kilometar (1,6 kilometara) ispod Zemljine površine - gdje ogromna čelična sfera sadrži neutrinski detektor kojim upravlja Nacionalni laboratorij talijanskog Nacionalnog instituta za nuklearnu fiziku Gran Sasso.
Ovaj laboratorij dom je eksperimenta CUORE, koji traži dokaze o procesu koji se zove neutrino dvostruko beta raspadanje - još jedan način kazivanja da neutrini djeluju kao vlastite antičestice. U normalnom procesu raspada dvostrukog beta, jezgra propada i emitira dva elektrona i dva antineutrina. Međutim, neutrino raspad dvostrukog beta ne bi izazvao nikakav antineutrin, jer bi ti antineutrini mogli poslužiti kao vlastite antičestice i uništili bi jedni druge.
U svom pokušaju da "vide" ovaj proces, fizičari su promatrali energiju koja se emitira (u obliku topline) tijekom radioaktivnog raspada izotopa telura. Ako bi došlo do neutrinog dvostrukog beta raspada, došlo bi do vrhunca na određenoj energetskoj razini.
Da bi precizno otkrili i izmjerili tu toplinsku energiju, istraživači su napravili najhladniji kubni metar u poznatom svemiru. Uspoređuju ga s ogromnim termometrom s gotovo 1.000 kristala telur dioksida (TeO2) koji djeluju na 10 mili-kelvina (mK), što je minus 459.652 stupnja Farenhejta (minus 273,14 stupnjeva Celzija).
Kako atomi radioaktivnog telarija propadaju, ti detektori traže taj energetski vrhunac.
"Promatranje da su neutrini vlastite antičestice bilo bi značajno otkriće i zahtijevalo bi da ponovno napišemo općeprihvaćeni Standardni model fizike čestica. To bi nam govorilo da postoji novi i drugačiji mehanizam za dobivanje mase mase", istraživač Karsten Heeger, profesor sa sveučilišta Yale, rekao je Live Science.
Čak i ako CUORE ne može definitivno pokazati da je neutrino vlastiti anti čestica, tehnologija koja se koristi u studiji može imati i druge svrhe, rekla je Lindley Winslow, docentica fizike Massachusetts Institute of Technology i dio CUORE-ovog tima.
"Tehnologija koja hladi CUORE do 10 mK je ista koja se koristi za hlađenje superprevodnih krugova za kvantno računanje. Sljedeća generacija kvantnih računala može živjeti u kriostatu u stilu CUORE. Možete nas nazvati ranim usvajačima", rekao je Winslow za Live Znanost.
