Nötrinolar, evrenin çözülmemiş gizemini çözmenin anahtarı olacak: madde neden var?
Nötrino, bu gizemli parçacık, sıradan insanlar onu hiç görmedi, ama her zaman yanımızda ve doğada yaygın olarak var. En önemlisi çok küçük olması ve herhangi bir maddeye kolaylıkla nüfuz edebilmesi ve diğer maddelerle etkileşiminin çok zayıf olması ... Saniyede 1.000 trilyon, gözlerimizden milyarlarca nötrino geçiyor. Güneşten gelen bir nötrino herkesin vücudundan geçer. Tabii ki çok küçük oldukları için yaralanmadık.
Nötrinolar "önemsiz" görünse de, nötrinoların değeri bilim adamları için basitçe paha biçilemez. Uzun yıllardır uluslararası bir araştırma ekibi, İtalya'nın merkezinde derin bir dağın altında saklanıyor ve bilinen evrendeki en soğuk metreküpten en hassas verileri yorulmadan topluyor. Bilim adamları, nötrino adı verilen hayalet parçacıklarının kendi antimadde parçacıklarından ayırt edilemez olduğuna dair kanıt arıyorlar. Doğrulanırsa, bu keşif, fizikçileri on yıllardır rahatsız eden evrenin gizemini çözecektir: Madde neden var?
Antimadde
Maddenin antimadde adında ikiz bir kardeşi olduğunu uzun zamandır biliyorlar. Evrendeki her temel parçacık için, aynı kütleye ancak zıt elektrik yüklerine sahip, kardeş parçacıklarıyla hemen hemen aynı olan bir tür karşı parçacık vardır. Parçacıklar ve anti-parçacıklar yüz yüze karşılaştıklarında birbirlerini yok edecekler ve saf enerji üretecekler.Madde ve antimadde arasında açık ve tam bir simetri vardır. Bilim adamları, bir madde parçasını yarattığınız her seferinde dengeli bir antimadde parçası yarattığınızı ve bir maddeyi her yok ettiğinizde başka bir antimadde parçasını da yok ettiğinizi söylüyor, bu da bu dünyada antimadde olamayacağı anlamına geliyor. Var olan maddeler.
Bu simetri, evrenin kökeni hakkındaki mevcut anlayışımıza aykırıdır. Big Bang teorisine göre, evren 13.8 milyar yıl önce sonsuz küçük tekillikten genişlediğinde, insanlar eşit miktarda madde ve antimadde olduğuna inanıyorlardı. Ancak günümüzde gökbilimciler evreni gözlemlediklerinde, evren neredeyse tamamen maddeden oluşur ve ikiz kardeşi yoktur. Daha da korkutucu olan, eğer "Büyük Patlama Teorisi" doğruysa, o zaman biz - evet, insanlar - bugün burada olmamalıyız.
Bilim adamları, "Eğer madde ve antimadde bu simetriyi tamamen takip ederse, o zaman evren geliştikçe, tüm madde ve antimadde fotonlara dönüşecek ve yıldızlar, gezegenler ve hatta insan hücrelerinde madde olmayacak. Artık var olmayacağız. Ancak, şimdi hala varız Bu, muhasebe sisteminin bir kısmının evrenin evriminde bir noktada çöktüğü anlamına mı geliyor?
Bilim adamları şu anda bu sorunu çözmek istiyorlar. Son iki yılda bilim adamları, evrenin gizemini çözebilecek kesin kanıtlar arayan İtalya'daki Gran Sasso Ulusal Laboratuvarı'ndaki CUORE (Nadir Olayların Kriyojenik Yeraltı Gözlemi) deneyinden veri topladı ve analiz etti.
CUORE deneyi: nötrino keşfi
Gran Sasso laboratuvarında CUORE deneyi için kullanılan dedektörler, onları doğal olarak oluşan radyoaktif maddelerden korumak için özel olarak inşa edilmiş bir temiz odaya yerleştirildi. CUORE, İtalyancada "kalp" anlamına gelir ve nötrinolar olarak adlandırılan zor atom altı parçacıkların, fizikçilerin Mallorana parçacıkları dedikleri kendi antiparçacıkları olduğuna dair kanıt arıyor. Nötrinolar çoğu maddenin içinden hayalet gibi geçer ve tespit edilmesi son derece zordur.
CUORE deneyinin aradığı şey, Majorana nötrinolarının karşılıklı olarak yok edilmesidir.Bu sürece nötrinosuz çift bozunma adı verilir. Sıradan çift bozunmada, çekirdekteki iki nötron aynı anda iki protona dejenere olur ve bir çift elektron ve bir antinötrino açığa çıkarır. Bu nükleer olay son derece nadir olmasına rağmen, yalnızca 1 trilyon yılda bir (10'dan 20'ye kadar) meydana gelse de, gerçek hayatta gözlemlenmiştir.
Bununla birlikte, araştırmacılar haklıysa ve nötrinolar gerçek Malloran parçacıklarıysa (bunlar kendi antiparçacıklarıysa), bozunma sürecinde üretilen iki antinötrino birbirini yok edecek ve bir tane oluşturacaktır. Nötrinolar olmadan çift beta bozunması. Bunun sonuçları? Sadece elektronlar kalır, bunlar "sıradan maddelerdir". Bu sürecin doğru olduğu kanıtlanırsa, o zaman evrenin ilk zamanlarına sıradan maddenin ekilmesinin nedeni olabilir. Ancak bu süreci gözlemlemek başka bir konudur. Bilim adamları nötrino içermeyen çift bozunmanın (eğer varsa) yalnızca 1,7 milyar yılda bir (10 ^ 25) meydana gelebileceğini tahmin ediyor.
Nötrino modu, bilim adamlarının gerçekten bulmak istediği cevaptır.Kuralları çiğneyecek ve antimadde olmadan madde yaratacaktır.Bu, madde-antimadde asimetrisini gerçekten çözmek için ilk ipucu olacaktır. CUORE dedektörü, tellür atomlarının radyoaktif bozunması sırasında üretilen elektronlardan enerji sinyallerini arar.
On yıldan fazla bir süredir iyileştirmenin ardından, CUORE cihazı bilinen evrendeki en soğuk cihazdır. Fiziğin izin verdiği mutlak sıfırdan yalnızca biraz daha yüksek olan eksi 460 Fahrenheit (eksi 273 santigrat derece) olan 10 Kelvin'e soğutulmuş tellür dioksitten yapılmış 988 kübik kristalden oluşur. Deneyi harici parçacıkların (kozmik ışınlar gibi) girişiminden korumak için, dedektör kalın bir yüksek saflıkta kurşun tabakasına sarılır, bu kurşun tabakası 2000 yıllık bir Roma gemi enkazından çıkarılır.
Bilim adamları teknolojik başarılar elde etmiş olsalar da, nötrino içermeyen olayları keşfetmek kolay bir iş değildir. 2017'deki ön sonuçlardan bu yana, araştırmacılar tarafından toplanan veriler üç kattan fazla arttı ve bu, partikül dedektörü tarafından şimdiye kadar toplanan en büyük veri seti. Bununla birlikte, nötrino içermeyen çift bozunma kanıtı bulamadılar. Daha sonra, bilim adamları, elektronlardan en az 5 milyon kat daha hafif olduğuna inandıkları Majorana nötrinolarının beklenen kütlesi için daha katı sınırlar koydular. Ekip, ilk beş yıllık operasyonun ardından CUORE'u yeni bir kristal türünü tanıtmak için yükseltmeyi planlıyor ve bu kristalin hassasiyetini büyük ölçüde artıracağını umuyor. Sonunda nötron içermeyen çift beta bozunmasını veya daha garip ve beklenmedik bir şeyi keşfedin.
