Bir elementi diğerine (genellikle altın) dönüştürmek, gün içinde simyacılar için ateşli hayaller ve hayali hayallerdi. Doğanın, bizden herhangi bir yardım almadan her zaman yaptığı ortaya çıkıyor - genellikle altına değil.
Radyoaktivite olarak adlandırılan bu doğal simya, bir element bozulduğunda ve bunu yaparken başka bir elemente dönüştüğünde gerçekleşir.
En nadir çürükleri inceleyerek, fiziğin en temel - fizik kadar temel olanlarından bir ipucu alabiliriz, bu sadece mevcut anlayışımızın ötesinde olabilir.
Bu zor radyoaktif bozunmalardan biri hiç görülmedi, ancak fizikçiler Gerçekten mi bulmayı umuyorum. Nötrinosuz çift beta bozunması olarak adlandırılan bu, radyoaktif elementlerin iki elektron tükettiği ve başka bir şey olmadığı anlamına gelir (hatta hayalet, chargeless, ancak orada nötrino olarak bilinen parçacıklar). Fizikçiler bu çürümeyi gerçek dünyada tespit etmeyi başarırlarsa, fiziğin temel kurallarından birini ihlal eder ve yenilerini bulmak için bir yarış başlatırdı.
Ancak nötrinosuz çift beta bozunum hayranları için kötü haber: Son zamanlarda yapılan en uzun süren deneylerden biri, bu sürecin bir ipucunu gösteren sonuçlar yayınladı, yani bu tek boynuzlu at süreci gerçekleşirse inanılmaz derecede nadirdir. Ve şu anda sahip olduğumuz tek cevap kazmaya devam etmek, parmaklarımızı çapraz tutmak.
Radyoaktif artıklar
Nötrinosyonsuz çift beta bozunumunun önemini anlamak için, ilk etapta radyoaktif bozunmanın ne olduğunu anlamak için 1800'lü yılların sonlarına doğru gitmemiz gerekiyor. Alfa, beta ve gama olarak adlandırdığı üç farklı çürüme olduğunu anlayan tek başına yetenekli Ernest Rutherford'du (çünkü neden olmasın).
Bu bozulmaların her biri farklı bir enerji emisyonuna yol açtı ve Rutherford, "beta ışınları" nın durmadan önce bazı metal levhalardan oldukça fazla yol alabileceğini buldu. Daha sonraki deneyler bu ışınların doğasını ortaya çıkardı: Onlar sadece elektronlardı. Yani bazı kimyasal elementler (sezyum gibi) kendilerini diğer elementlere (baryum) dönüştürüyorlardı ve bu süreçte elektron tükürüyorlardı. Ne oluyor?
Cevabın birkaç on yıl daha gelmeyeceğini, hangi elementlerin yapıldığını (proton ve nötron olarak adlandırılan küçük parçacıklar), hangi protonların ve nötronların yapıldığını (kuark olarak adlandırılan daha küçük parçacıklar bile) ve bu varlıkların her biriyle nasıl konuştuğunu anladıktan sonra cevap gelmeyecekti. diğer iç atomlar (güçlü ve zayıf nükleer kuvvetler). Bir kapris üzerinde, bir nötronun bir gün proton olmaya karar verebileceğini ve süreçte bir elektron (bir zamanlar beta ışınları) yaydığını öğrendik. Nötron bir protona dönüştüğü ve protonların sayısı ne tür bir element olduğunuzu belirlediğinden, neredeyse sihirli bir şekilde başkalarına dönüşen elementler alabiliriz.
Leptonları sakla
Bu dönüşümü sağlamak için nötronun iç yapısını değiştirmek zorundadır ve iç yapısı kuark adı verilen daha küçük karakterlerden oluşur. Özellikle, bir nötronun bir "yukarı" kuarkı ve iki "aşağı" kuarkı varken bir protonun tersi vardır - tek bir "aşağı" kuark ve bir çift "yukarı" kuark. Bu nedenle, bir tür elementi diğerine dönüştürmek ve beta radyasyonu yapmak için bu kuarklardan birini aşağıdan yukarıya çevirmemiz gerekiyor ve evrende bunu gerçekleştirebilecek tek bir kuvvet var: zayıf nükleer kuvvet .
Aslında, bu zayıf kuvvetin yaptığı hemen hemen hepsi: Bir kuarkı diğerine dönüştürüyor. Zayıf güç işini yapar, aşağı kuark yukarı kuark olur, bir nötron proton olur ve bir eleman diğerine dönüşür.
Ancak fiziksel tepkiler tamamen denge ile ilgilidir. Örneğin elektrik yükünü ele alalım. Tek bir nötron ile başladığımızı hayal edelim - nötr, elbette. Sonunda, pozitif yüklü bir proton alırız. Bu bir hayır-hayır, ve bu yüzden bir şey dengede olmalı: negatif yüklü elektron.
Ve başka bir dengeleme eylemi daha var: toplam lepton sayısı aynı kalmalıdır. Lepton, elektronlar gibi en küçük parçacıkların bazıları için süslü bir isimdir ve bu dengeleme eylemi için süslü terim "lepton sayısının korunması" dır. Elektrik yükünde olduğu gibi, hikayenin başlangıcını ve sonunu dengelemek zorundayız. Bu durumda, sıfır lepton ile başlıyoruz, ancak bir tane ile bitiyoruz: elektron.
Ne dengeler? Reaksiyonda başka bir yeni parçacık yaratılır, negatif olarak sayılan ve her şeyi dengeleyen bir antineutrino.
Kimin nötrinoya ihtiyacı var?
İşte burda: Nötrino gerektirmeyen bir tür beta bozunma olabilir. Fakat bu, bu çok önemli lepton sayısının korunmasını ihlal etmez mi? Neden, evet, harika olurdu.
Bazen aynı anda iki beta bozunma meydana gelebilir, ancak temelde aynı atom içinde eşzamanlı olarak gerçekleşen iki normal beta bozunma, nadir de olsa bu kadar ilginç olmasa da, iki elektron ve iki antinötrino tükürüyor. Fakat nötrino yaymayan varsayımsal bir çift beta bozunum vardır. Bu tür sadece nötrino kendi antipartikülü ise işe yarar, yani nötrino ve antineutrino tam olarak aynı şeydir. Ve her şey parçacıklar hakkındaki mevcut bilgi seviyemizde, nötrino'nun bu şekilde davranıp davranmadığını dürüstçe bilmiyoruz.
Bu nötrinosuz çift beta çürümesinde tam iç süreci tanımlamak biraz zor, ancak reaksiyondan kaçmadan önce üretilen nötrinoların kendileri ile etkileşime girdiğini hayal edebilirsiniz. Hiçbir nötrino olmadan, bu varsayımsal reaksiyon iki elektron krank eder ve başka bir şey yapmaz, bu nedenle çok heyecan verici olacağı bilinen fiziği kıracak olan lepton sayısının korunmasını ihlal eder. Bu nedenle, böyle bir şeyi tespit etmek için av devam ediyor, çünkü bunu yapan ilk gruba Nobel Ödülü veriliyor. On yıllar boyunca birçok deney geldi ve çok az şansla gitti, yani bu süreç doğada mevcutsa, çok, çok nadir olması gerektiği anlamına geliyor.
Ne kadar nadir? Yakın tarihli bir makalede, Advanced Molibden tabanlı Nadir süreç Deneyi'nin (AMoRE) arkasındaki ekip ilk sonuçlarını açıkladı. Bu deney, çok fazla molibden kullanarak, nötrinoless çift beta bozunumunu arar. Ve tahmin et ne oldu? Bu doğru, hiç çürüme görmediler. Denemelerinin boyutu ve kaydettikleri sürenin uzunluğu göz önüne alındığında, çift beta bozunumlarının, şu anki yaşının trilyon katından fazla olan 10 ^ 23 yıldan daha az olmayan bir yarı ömürle meydana geldiğini tahmin ediyorlar. Evren.
Evet, nadir.
Bu ne anlama geliyor? Bu, bu yönde yeni fizik bulmak istiyorsak, kazmaya devam etmemiz ve çok daha fazla çürümeyi izlemeye devam etmemiz gerekeceği anlamına gelir.
Paul M. Sutter astrofizikçi Ohio Eyalet Üniversitesi, birşeyin sahibi Bir Uzay Adamına Sorun ve Uzay Radyove yazarı Evrendeki Yeriniz.
