g u t x .com.tr İpek yolu - Çin'i anlamaya götürürüm

"Meleklerle" meşgul olmayın, nükleer fizikçilerin Majorana fermiyonları hakkındaki konuşmalarını dinleyin

Majorana Fermion'un Önerisi

Seksen yıl önce, 1937'de İtalyan fizikçi Ettore Majorana (Ettore Majorana), beta bozunma teorisini incelerken, nötrinoların kendi antiparçacıkları olduğu varsayılırsa, beta bozunma teorisinin elde ettiği tüm sonuçların keşfettiğini keşfetti. Sonuç değişmez. Bu nedenle, fermiyon ailesine ait nötrinoların ve antinötrinoların aynı tür parçacıklar olduğunu öne sürdü. Bu, şimdi Majorana fermiyonu (Majorana fermion) olarak adlandırılan şeydir.

Majorana fermiyonları, iyi bilinen elektronlar gibi sıradan fermiyonlardan farklıdır. Bir elektronun antiparçacığı bir pozitrondur ve bir elektron ve bir pozitron farklı parçacıklardır. Mevcut temel parçacıklar arasında deneysel olarak doğrulanmış hiçbir Majorana fermiyonu yoktur. Beta bozunma teorisine göre nötrinolar Majorana fermiyonları olabilir. Majorana fermiyonlarını doğrudan doğrulayabilen bilinen tek deney, nükleer fizikteki nötrino içermeyen çift beta bozunmasıdır. (Nötrinsiz çift beta bozunması).

Nötrinolar nereden geliyor?

Burada bahsedilen nötrino, çekirdeğin kendiliğinden bir değişim sürecinden gelir: beta bozunması (Beta bozunması). Beta bozunması, doğadaki kararsız çekirdeğin kararlı olma eğiliminde olmasına neden olarak çekirdeği daha uygun bir proton-nötron oranında yapar. Örneğin, bozunmadan önce ilk çekirdekte (ana çekirdek) çok fazla proton varsa, beta bozunması bir protonu bir nötron haline getirecek ve aynı anda bir pozitron ve bir nötrino yayacaktır. Bu süreç pozitif beta bozunmasıdır. Benzer şekilde, ilk ana çekirdekte çok fazla nötron varsa, beta bozunması bir nötronu bir protona dönüştürür ve aynı anda bir elektron (bir pozitronun antiparçacığı) ve bir antinötrino yayar. Bu sürece negatif beta bozunması denir.

Ana çekirdek ve kız çekirdekler farklı çekirdeklerdir. Ana çekirdek ile karşılaştırıldığında, yavru çekirdek genellikle daha kararlıdır. Doğa, yeryüzünde var olabilecek unsurları ve çeşitli elementler arasındaki oranları tam da bu süreçten dolayı seçer. 1957'de Çinli Amerikalı fizikçi Wu Jianxiong, zayıf etkileşimlerdeki paritenin korunmamasının kobalt-60 çekirdeğinin negatif beta bozunmasını kullandığını ve beta bozunmasıyla yayılan elektronların veya pozitronların Becquerel olduğunu kanıtladı. 19. yüzyılın sonlarında ve 20. yüzyılın başlarında Curies ile keşfedilen bir tür radyoaktivite. Beta bozunması zayıf bir etkileşim sürecidir Her beta bozunması oluşumuna bir nötrino veya antinötrino üretimi ve salınımı eşlik etmelidir. Genişletme olarak, iki ardışık negatif beta bozunması gibi çift beta bozunması, iki elektron ve iki antinötrino yaymalıdır.

Majorana fermiyonlarının varlığını nasıl doğrulayabilirim?

Çift beta bozunması kavramı, ilk olarak Maria Goeppert-Mayer (Maria Goeppert-Mayer, bir Alman-Amerikalı nükleer fizikçi ve Madame Curie'den sonra fizikte ikinci kadın Nobel Ödülü sahibi) tarafından 1935 gibi erken bir tarihte geliştirilmiştir. Yıl içinde önerildi. İki sıradan negatif beta bozunması, deneylerde doğrulanmış olan iki elektron ve iki antinötrino salgılar. Nötrinolar Majorana fermiyonları ise, çift beta bozunmasının herhangi bir nötrino salmadan da tamamlanabileceğini tahmin etmek kolaydır.Bu sürece denir. Nötrino içermeyen çift beta bozunması .

Nötrino içermeyen çift beta bozunmasında, yalnızca bir çift elektron veya bir çift pozitron görülebilir, ancak nötrino emisyonu görülemez. En basit teori, bunun, biri pozitif diğeri negatif olan iki nötrinonun birbirini yok etmesinden kaynaklandığını göstermektedir; bu, nükleer fiziğin sonraki sürecinde birincisi tarafından salınan nötrinoları absorbe etmeye eşdeğerdir. Başka bir deyişle, deney, nötrinosuz çift beta bozunmasının var olduğunu kanıtlarsa, nötrinonun Majorana fermiyonu olabileceği anlamına gelir. Bu, gerçek Majorana fermiyonlarının tek güvenilir deneysel doğrulamasıdır.

Gerçek Majorana fermiyonu neden şimdiye kadar doğrulanmadı?

Ancak bugün, Majorana'nın tahmininden 80 yıl sonra, insanlar hala deneysel olarak nötrinosuz çift beta bozunmasının var olup olmadığına ikna olmuş değiller. Sebebi Nötrino içermeyen çift beta bozunması, doğada çok nadir görülen bir olaydır . Birincisi, bu sürecin yalnızca birkaç çekirdekte gerçekleşebileceğidir. İkincisi, nötrino içermeyen çift beta bozunması son derece yavaş bir nükleer süreçtir ve kendiliğinden ortaya çıkmasını beklemek uzun zaman alır. Bu, çok, çok küçük bir gözlem olasılığına yol açar, bu nedenle deney son derece zordur. Bununla birlikte, nötrinosuz çift beta bozunmasının deneysel gözlemi, her zaman nükleer fizik araştırmalarının en önemli alanlarından biri olmuştur ve uluslararası rekabet çok şiddetli.

Görülebilir ki Şu anda aranan ve keşfedilenlerin hepsi gerçek Majorana fermiyonları değil . 80 yıl önce Majorana tarafından tahmin edilen Majorana parçacığı henüz deneysel olarak doğrulanmadı, çünkü bir nötrinodan herhangi bir sinyali gerçekten "yakalamak" çok zor. Majorana parçacıklarının son keşfi, evrenin tarihini ve geleceğini, maddenin kökenini ve evrimini ve doğadaki elementlerin oluşumunu daha iyi anlamamıza yardımcı olacaktır. Ek olarak, Majorana'nın önerdiği, bozonlar ve fermiyonlar dışındaki üçüncü tür mikroskobik parçacıklar değil, bir tür fermiyondur. O özel bir temel parçacıktır ve onun antiparçacığı kendisidir. Bununla birlikte, "Majorana", antiparçacıklarla karakterize edilen bir parçacık sınıfını (temel parçacıklar değil, çok sayıda parçacığın çevre ile etkileşimi ile üretilen evrimleşmiş parçacıklar veya yarı parçacıklar) temsil etmesi için yoğunlaştırılmış madde fiziği tarafından ödünç alınmıştır. Kendisidir.