Yıllardır uluslararası bir araştırmacı ekibi, İtalya'nın merkezinde bir dağın derinliklerine gizlendi ve yorulmadan bilinen evrendeki en soğuk metreküpten en hassas ölçümleri topladı. Bilim adamları, nötrino adı verilen hayalet parçacıkların kendi antimadde benzerlerinden ayırt edilemez olduğuna dair kanıt arıyorlar. Eğer kanıtlanırsa, keşif fizikçileri onlarca yıldır rahatsız eden kozmik bir muameleyi çözebilir: Madde neden hiç yok?
Maddenin, kötü bir ikiz dublajlı anti-madde olduğunu uzun zamandır biliyorlardı. Evrendeki her temel parçacık için, kardeşiyle neredeyse aynı, aynı kütle ama zıt yüke sahip bir antipartikül var. Bir parçacık ve antipartikül yüz yüze buluştuğunda, birbirlerini yok ederek saf enerji yaratırlar.
Virginia Tech Üniversitesi fizik profesörü Thomas O'Donnell, Live Science'a, "Madde ve antimadde arasındaki bu tam bir muhasebe simetrisine sahibiz." Dedi. "Bir madde parçasını her oluşturduğunuzda, dengeleyici bir antimadde parçası da yaparsınız ve bir madde parçasını her yok ettiğinizde, bir parça antimaddeyi yok etmeniz gerekir. diğerinden."
Bu simetri, evrenin nasıl başladığına dair mevcut anlayışımızla çelişmektedir. Büyük Patlama Teorisine göre, evren yaklaşık 13.8 milyar yıl önce sonsuz bir tekillikten genişlediğinde, eşit miktarda madde ve antimadde meydana geldiğine inanılmaktadır. Ancak, gökbilimciler bugün kozmosa baktıklarında, evren neredeyse hiçbir şeyden ibaret değildir ve görünürde hiçbir şeytani ikizi yoktur. Daha fazla sorun, eğer Big Bang Teorisi doğruysa, o zaman biz - evet, insanlar - bugün burada olmamalıyız.
"Madde ve antimadde bu simetriye tam olarak itaat ederse, kozmos geliştikçe, tüm madde ve antimadde fotonlara imha olurdu ve yıldızlar, gezegenler ve hatta insan hücreleri için hiçbir madde kalmazdı." Dedi O'Donnell. "O zaman büyük soru şu:" Bu muhasebe şeması evrenin evrimi sırasında bir ara mı koptu? "
Bu soru O'Donnell ve çalışma arkadaşlarının cevap vermeyi umdukları sorudur. Geçtiğimiz iki yıl boyunca ekipleri, İtalya'daki Gran Sasso Ulusal Laboratuvarı'ndaki CUORE (Nadir Olaylar için Kriyojenik Yeraltı Gözlemevi) denemesinden veri topladı ve analiz etti ve bu kozmik gizemi dinlendirecek sigara tabancası aradı.
Küçük tarafsız olanlar
İtalyancada "kalp" anlamına gelen CUORE, nötrino adı verilen zor atom altı parçacıkların kendi antipartikülleri olduğuna inanıyor, fizikçilerin Majorana parçacığı dediği şey. Çoğu maddeden spektrumlar gibi geçen nötrinoların tespit edilmesi son derece zordur. Aslında, NASA'ya göre, güneşimizin ateşli nükleer fırınından kaynaklanan trilyonlarca nötrino, her saniye vücudumuzdan geçer.
CUORE deneyi, nötrinosuz çift beta bozunması adı verilen bir süreçte birbirini yok eden Majorana nötrinolarının imzasını arar. Sıradan çift beta bozunumunda, bir atomun çekirdeğindeki iki nötron aynı anda iki protona dönüşerek bir çift elektron ve antineutrino yayar. Bu nükleer olay, her ne kadar son derece nadir olsa da ve tek bir atom için her 100 beşte bir yılda bir (10 ^ 20) meydana gelse de, gerçek hayatta gözlemlenmiştir.
Ancak, araştırmacılar doğruysa ve nötrinolar gerçek Majorana parçacıklarıysa (kendi antipartikülleridir), o zaman çürüme sırasında oluşturulan iki antineutrino birbirini yok edebilir ve nötrinosuz bir çift beta çürümesi yaratabilir. Sonuç? Sadece "sıradan madde" olan elektronlar. Bu süreç doğrulanırsa, erken evreni sıradan bir maddeyle tohumlamaktan sorumlu olabilir. Ancak bu süreci gözlemlemek başka bir hikaye. Bilim adamları, nötrinosuz çift beta bozunumunu (eğer varsa), her 10 septilyon yılda bir (10 ^ 25) gerçekleşebileceğini tahmin ediyor.
CUORE işbirliğinin bir üyesi olan O'Donnell, "Nötrinosuz mod gerçekten görmek istediğimiz moddur, kurallara uymaz, antimadde olmadan madde yaratır," dedi. "Madde-antimadde asimetrisinin gerçek bir çözümü için ilk ipucu olurdu."
CUORE dedektörü, tellür atomlarının radyoaktif bozunması sırasında oluşturulan elektronlardan ısı şeklinde enerji imzasını arar. Nötrinosyonsuz çift beta bozunma, elektronların enerji spektrumunda benzersiz ve ayırt edilebilir bir tepe noktası bırakacaktır.
CUORE işbirliğinin teknik koordinatörü Carlo Bucci, yaptığı açıklamada, "CUORE özünde dünyanın en hassas termometrelerinden biridir." Dedi.
On yıl boyunca bir araya getirilen CUORE cihazı, bilinen evrendeki en soğuk metreküptür. Tellür dioksitten yapılmış, 10 milli kelvin veya eksi 460 derece Fahrenheit (eksi 273 santigrat derece) sıcaklıkta 988 küp şeklindeki kristallerden oluşur, en soğuk sıcaklık fiziğinin sadece bir saçına izin verir. Deneyi kozmik ışınlar gibi dış parçacıkların müdahalesinden korumak için, dedektör, 2.000 yıllık bir Roma gemi enkazından geri kazanılan kalın bir saf kurşun tabakası ile kaplıdır.
Ekibin teknolojik başarılarına rağmen, nötrinosuz olayı bulmak kolay bir iş değildi. Araştırmacılar, 2017'deki ilk sonuçlarından bu yana toplanan verileri dört katından fazla topladılar ve türünün bir parçacık detektörü tarafından toplanan en büyük veri kümesini temsil ettiler. Baskı öncesi veritabanı arXiv'de yayınlanan son sonuçları, nötrinosuz çift beta bozunumuna dair hiçbir kanıt bulamadıklarını gösteriyor.
İşbirliği hâlâ bu anlaşılması zor çift ajan parçacığını avlamaya kararlı. Sonuçları, bir Majorana nötrino kütlesinin, elektrondan en az 5 milyon kat daha hafif olduğuna inandıkları beklenen kütleye daha sıkı bağlandı. Ekibin CUORE'u ilk beş yıllık çalışmasından sonra yükseltmeyi planlıyor ve hassasiyetini büyük ölçüde artıracağını umdukları yeni bir kristal türü sunuyor.
O'Donnell, "Tarih geleceğin iyi bir öngörücüsü ise, dedektör teknolojileri zarfını zorlamanın, nötrinoları sürekli büyüyen derinlikle incelememize izin vereceğinden oldukça emin olabiliriz." Dedi. "Umarım, nötrsüz çift beta bozunumunu veya belki de daha egzotik ve beklenmedik bir şey keşfedeceğiz."
