Странные Нейтрино не могут полностью объяснить огромную загадку

Глубоко под горой в Италии, в самом холодном кубометре известной вселенной, ученые охотятся за доказательствами, что призрачные частицы, называемые нейтрино, действуют как их собственные партнеры по антиматерии. То, что нашли эти исследователи, может объяснить дисбаланс материи и антиматерии во Вселенной.

До сих пор они пришли с пустыми руками.

Последние результаты первых двух месяцев эксперимента CUORE (Cryogenic Underground Observatory for Rare Events) в Гран-Сассо, Италия, не показывают никакого намека на процесс, доказывающий, что нейтрино, которые генерируются космической радиацией, являются их собственными партнерами по антиматерии. Это означает, что если процесс действительно происходит, это случается так редко, что это происходит примерно раз каждые 10 септильонов (10 ^ 25) лет.

Конечная цель этого эксперимента состоит в том, чтобы решить одну из самых прочных загадок вселенной, и тот, который предполагает, что мы даже не должны быть здесь. Эта загадка существует, потому что теоретический Большой взрыв, в котором крошечная сингулярность, как говорят, раздул более 13,8 млрд. Лет или около того, чтобы сформировать вселенную, должен был создать вселенную с 50-процентным содержанием и 50% антиматерией. [Большой взрыв в цивилизацию 10 удивительных событий происхождения]

Когда материя и антиматерия встречаются, они уничтожают и не выполняют друг друга.

Но это не то, что мы видим сегодня. Вместо этого наша вселенная в основном материя, и ученые изо всех сил пытаются узнать, что случилось со всем антиматерией.

Вот тут и появляются нейтрино.

Что такое нейтрино?

Нейтрино - это крошечные элементарные частицы, практически не имеющие массы. Каждый из них меньше атома, но они являются одними из самых распространенных частиц в природе. Подобно призракам, они могут проходить сквозь людей и стены, не заметив никого (даже нейтрино).

У большинства элементарных частиц есть нечетная антиматерия, называемая античастицей, которая имеет ту же массу, что и ее партнер нормального вещества, но противоположный заряд. Но нейтрино немного странны сами по себе, потому что у них почти нет массы, и они бесполезны. Итак, физики предположили, что они могут быть их собственными античастицами.

Когда частица действует как ее собственная античастица, ее называют частицей майораны.

«Теории, которые мы сейчас имеем, просто не говорят нам о том, являются ли нейтрино такими майорановскими типами. И это очень интересно искать, потому что мы уже знаем, что нам что-то не хватает о нейтрино», - говорит физик-теоретик Сабина Хоссенфельдер, сотрудник Франкфуртского института перспективных исследований в Германии, рассказал Live Science. Хоссенфельдер, который не является частью CUORE, ссылается на причудливые необъяснимые черты нейтрино.

Если нейтрино являются майоранами, тогда они смогут перейти между веществом и антиматерией. Исследователи сказали, что если бы большинство нейтрино превратилось в обычную материю во вселенной, это могло объяснить, почему вещество перевешивает антиматерию сегодня - и почему мы существуем.

Эксперимент CUORE

Изучение нейтрино в типичной лаборатории затруднено, потому что они редко взаимодействуют с другим веществом и чрезвычайно трудно обнаружить - миллиарды проходят через вас, не замеченные каждую минуту. Также трудно отличить их от других источников излучения. Вот почему физикам нужно было уйти в подполье - почти в миле (1,6 км) ниже поверхности Земли, где гигантская стальная сфера заключает в себе детектор нейтрино, который ведет Национальная лаборатория Национального института ядерной физики им. [5 таинственных частиц, которые могут скрыться под поверхностью Земли]

Эта лаборатория является домом для эксперимента CUORE, который ищет доказательства процесса, называемого нейтринорецепцией двойного бета-распада, - еще один способ сказать, что нейтрино действуют как их собственные античастицы. В нормальном процессе двойного бета-распада ядро ​​распадается и испускает два электрона и два антинейтрино. Тем не менее, нейтринолный двойной бета-распад не будет выделять антинейтрино, потому что эти антинейтрино могут служить их собственными античастицами и аннигилируют друг друга.

В своей попытке «увидеть» этот процесс физики наблюдали за энергией, испускаемой (в виде тепла) во время радиоактивного распада изотопа теллура. Если бы произошел нейтринорный двойной бета-распад, был бы пик на определенном уровне энергии.

Чтобы точно определить и измерить эту тепловую энергию, исследователи создали самый холодный кубический метр в известной вселенной. Они сравнивают его с огромным термометром с почти 1000 кристаллами диоксида теллура (TeO2), работающим при 10 милли-кельвинах (мК), что составляет минус 459,652 градуса по Фаренгейту (минус 273,14 градуса по Цельсию).

Поскольку атомы радиоактивного теллура распадаются, эти детекторы ищут этот энергетический пик.

Первые результаты были получены благодаря сотрудничеству CUORE - команде из 200 ученых, инженеров и техников. Их новая статья, которая была опубликована 26 марта в журнале Physical Review Letters, показывает, что после двух месяцев эксперимент не показал никакого нейтринного двойного бета-распада. Тем не менее, они заявили, что планируют продолжить эксперимент еще на пять лет, чтобы собрать больше данных - количество времени, необходимое для того, чтобы определенно исключить (или найти) нейтринореальный двойной бета-распад.

«Наблюдение, что нейтрино являются их собственными античастицами, было бы значительным открытием и потребовало бы переписать общепринятую Стандартную модель физики частиц. Это говорит нам о том, что существует новый механизм для материи, - сказал исследователь Карстен Хегер , профессор Йельского университета, сказал Живая наука .

И даже если CUORE не может окончательно показать, что нейтрино является его собственной античастицей, технология, используемая в исследовании, может иметь другие виды использования, сказал Линдли Уинслоу, доцент физики Массачусетского технологического института и часть команды CUORE.

«Технология, которая охлаждает CUORE до 10 мК, та же самая, что используется для охлаждения сверхпроводящих схем для квантовых вычислений. Следующее поколение квантовых компьютеров может жить в криостате в стиле CUORE [устройство, поддерживающее температуру очень холодно]. могли бы называть нас ранними усыновителями », - сказал Уинслоу в интервью Живая наука .