27 Mart 2018, Jennifer Chu, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü tarafından

Teoriye göre, Big Bang, eşit miktarda madde ve antimaddeden oluşmalıydı - ikincisi, esas olarak maddenin görüntüsünü yansıtan "antipartiküller" i, sadece protonların, elektronların, nötronların ve diğer parçacık muadillerininkilerin karşısındaki yükleri taşıyordu. Ve yine de, büyük ölçüde galaksilerden, yıldızlardan, gezegenlerden ve etrafımızda gördüğümüz her şeyden (ve çok az antimadde) oluşan, kesinlikle maddi bir evrende yaşıyoruz.

Fizikçiler, Big Bang'i izleyen ilk anlarda, bazı süreçlerin dengeyi maddeye göre hareket ettirmesi gerektiğini öne sürerler. Bu türden bir teorik süreç, neredeyse hiç kütleye sahip olmayan ve diğer maddelerle çok az etkileşime girmesine rağmen, evrene nüfuz ettiği düşünülen bir parçacık olan nötrinoyu içerir;

Nötrino'nun kendi antipartikülü olması ihtimali vardır, bu da kendisinin bir madde ve antimadde versiyonu arasında dönüşme yeteneğine sahip olabileceği anlamına gelir. Eğer durum buysa, fizikçiler bunun, evrenin dengesizliğini açıklayabileceğine inanırlar, çünkü Big Bang'den hemen sonra üretilen ağır nötrinolar, asimetrik olarak çürüyecekti, kendiliğinden antimadde değil, daha çok madde üretecekti.

Nötrino'nun kendi antipartikülü olduğunu teyit etmenin bir yolu, " nötrinoless çift-beta bozunumu " olarak bilinen aşırı derecede nadir bir prosesi saptamaktır , burada tellurum veya ksenon gibi stabil bir izotop, elektronlar ve doğal olarak bozulduğu gibi, antineutrinos. Eğer nötrino aslında kendi antipartikülü ise, o zaman fiziğin kurallarına göre antineutrinos birbirini iptal etmeli ve bu çürüme süreci "nötrrenolüs" olmalıdır. Bu işlemin herhangi bir ölçüsü, sadece izotoptan kaçan elektronları kaydetmelidir.

Nadir Olaylar için Kriyojenik Yeraltı Gözlemevi için CUORE olarak bilinen yeraltı deneyi, 988 kristalleri olan tellür dioksidin doğal çürümesinden nötrinolüssüz bir çift beta bozunumu tespit etmek için tasarlanmıştır . Bu hafta Fiziksel Gözden Geçirme Mektupları'nda yayınlanan bir makalede , MIT'deki fizikçiler de dahil olmak üzere araştırmacılar CUORE (“kalp” için İtalyanca) tarafından toplanan ilk iki ayda raporlar. Ve henüz söylem sürecini henüz tespit etmemiş olsalar da, böyle bir sürecin, eğer varsa, o zamana kadar alması gereken zamanın en katı sınırlarını belirleyebildiler. Elde ettikleri sonuçlara göre, tek bir atom tellürumun, en fazla 10 septilyonda (1 ve 25 sıfır) bir yıl sonra nötrinolüs bir çift beta bozunması gerektiğini tahmin ederler.

Araştırmacılar, denemenin 988 kristali içindeki muazzam sayıda atomu hesaba katarak, önümüzdeki beş yıl içinde, bu sürece giren en az beş atomu tespit edebilmeleri gerektiğini, eğer varsa, nötrino'nun kendine ait olduğunu gösteren kesin bir kanıt sağladığını tahmin ederler. antiparçacık.

Analize liderlik eden MIT'deki Fizik Profesörü Jerrold R. Zacharias CUORE üyesi Lindley Winslow, “Gözlemlenirse çok nadir bir süreçtir. "Burada büyük heyecan, 998 kristalin birlikte çalışabilmesiydi ve şimdi bir şeyler denemek ve görmek için bir yoldayız."

CUORE işbirliği, başta İtalya ve ABD olmak üzere toplam 150 bilim insanını kapsamaktadır. Bunlar arasında Winslow ve küçük bir postdokes ekibi ve MIT'den mezun öğrenciler de bulunmaktadır.

Evrendeki en soğuk küp

CUORE deneyi, evrenin kaynaklarından gelen sürekli radyasyon bombardımanı gibi dışsal uyaranlardan korunmak için, merkezi İtalya'da bir dağın derinliklerinde gömülü olan yeraltında yerleşiktir.

Deneyin kalbi 19 kuleden oluşan ve her biri toplamda 988 kristali olan ve toplamda 742 kilogram veya 1,600 lira olan küp küp şeklinde kristaller içeren 19 kuleden oluşan bir detektördür. Bilim adamları, bu kristal miktarının, belirli bir tellür izotopunun yaklaşık 100 septilyon atomunu içerdiğini tahmin ediyorlar. Elektronik ve sıcaklık sensörleri çürüklerinin izlerini izlemek için her kristale bağlanır.

Dedektörün tamamı, ultra millik bir buzdolabında bulunur ve yaklaşık 6 millikelvin veya -459.6 Fahrenheit derecesinde sabit bir sıcaklık sağlayan bir otomat makinesinin büyüklüğünde bulunur. İşbirliği içindeki araştırmacılar daha önce bu buzdolabının evrendeki en soğuk metreküp olduğunu hesapladılar.

Tek bir tellür atomunun bozunmasıyla oluşan sıcaklıktaki dakika değişikliklerini tespit etmek için deney aşırı derecede soğuk tutulmalıdır. Normal bir çift beta bozunma işleminde, bir tellür atomu iki elektronun yanı sıra ısı formunda belirli bir enerjiye sahip iki antineutrinos verir. Nötrinolüssüz bir çift beta bozunması durumunda, iki antineutrinos birbirini iptal etmeli ve sadece iki elektron tarafından salınan enerji üretilmelidir. Fizikçiler daha önce bu enerjinin 2.5 megaelektron volt (Mev) civarında olması gerektiğini hesaplamışlardır.

CUORE'un çalışmasının ilk iki ayında, bilim adamları aslında, 988 tellür kristalinin sıcaklığını alarak, 2.5 Mev işaretinin etrafında enerjide minik bir artışa neden oldular.

Winslow, "CUORE devasa bir termometre gibidir" diyor. "Bir kristal üzerinde ısı birikimi gördüğünüzde, dijital hale getirebileceğiniz bir nabız göreceksiniz. Ardından bu darbelere bakın ve nabzın yüksekliği ve genişliği orada ne kadar enerji olduğunu gösterir. yakınlaştırma ve 2,5 mevsimde kaç olay olduğunu saydık ve temelde hiçbir şey görmedik. Bu muhtemelen iyi çünkü verilerden ilk iki ayda hiçbir şey görmeyi beklemiyorduk. "

Kalp devam edecek

Sonuçlar, CUORE'un şimdiye kadar çalıştırdığı kısa pencerede, detektördeki 1000 septilyon tellür atomunun bir tanesinin, nötrenolüssüz bir çift beta bozunmasına maruz kalmayacağını göstermektedir. İstatistiksel olarak, bu, bir nötrino aslında kendi antipartikülü ise, tek bir atomun bu sürece girmesi için en az 10 septilyon yıl veya yıl alacağı anlamına gelir.

Winslow, “Tellurium dioksit için, bu sürecin bugüne kadar elde ettiğimiz en iyi zaman sınırı” diyor.

CUORE önümüzdeki beş yıl boyunca kristalleri izlemeye devam edecek ve araştırmacılar şimdi deneyi, daha fazla sayıda atom içinde aynı süreci arayacak olan dedektör olan CUPID adını verdikleri yeni nesli tasarlıyorlar. Winslow, CUPID'in ötesinde, bilim adamlarının kesin bir sonuç çıkarabilmesinden önce, mümkün olan daha büyük bir iterasyon olduğunu söylüyor.

Winslow, “Eğer 10 ila 15 yıl içinde bunu görmezsek, doğa bir şeyi gerçekten garip bir şekilde seçmedikçe, nötrino büyük ihtimalle kendi antipartikülü değildir” diyor. “Parçacık fiziği size nötrino'nun hala kendi antipartikülü olması için çok daha fazla serseri odası olmadığını ve sizin görmediğinizi söylüyor. Saklanacak pek çok yer yok.”

 Daha fazla keşfet : CUORE deney, nötrino özelliklerini kısıtlar

Daha fazla bilgi: C. Alduino ve ark. CUORE'dan İlk Sonuçlar: Te130'un 0νββ Çürüme Yoluyla Lepton Numarası İhlali İçin Bir Arama, Fiziksel Gözden Geçirme Mektupları (2018). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.120.132501 

Read more at: https://phys.org/news/2018-03-scientists-results-neutrino-mountain.html#jCp

Rutgers Bugün, evrenin gizemlerini tartışmak için Profesörler Sunil Somalwar ve Scott Thomas'a Fizik ve Astronomi Bölümünde Sanat ve Bilim Okulu'nda sordu. Somalwar araştırma deneysel temel parçacık fizik veya odaklanır yüksek enerji fiziği parçalayarak içerir, parçacıklar , örneğin İsviçre CERN'deki olarak, büyük bir tanecik hızlandırıcı birlikte. Thomas'ın araştırması, teorik parçacık fiziğine odaklanmaktadır.

Deneyler üzerinde işbirliği yapan ikili ve Yuri Gershtein dahil diğer Rutgers fizikçileri, tüm maddenin yapısından sorumlu olan atomik bir parçacık olan ve Standart Model'in önemli bir bileşeni olan Higgs bozonunun tarihi 2012 keşfine katkıda bulunmuştur.

Rutgers Bugün: Standart Model Nedir?

Thomas: 50 yıl önce başlayan bir teori. “Herşeyin en fevkalade başarılı teorisi” olarak adlandırılmalı çünkü bu bir insan zekasının zaferi. Teorik bir yapıda ve büyük niceliksel detayda, laboratuarda yapılan her bir deneyi açıklar. Ve şu ana kadar hiçbir deney bu teori ile çatışmaz. Deneysel olarak Standart Modelin kaplaması Higgs bozonunun keşfiydi. Hepsi bir arada bulunan çok sayıda farklı partikülün varlığını ve etkileşimini öngördü. Sorun şu ki, teorisyenler olarak, kendi başarımızın kurbanlarıyız. Standart Model o kadar başarılı ki, teori hala sahip olduğumuz bazı soruların cevaplarını göstermez. Higgs boson birçok soruya cevap verdi, ama biz ' ipuçlarını bu teorik yapıdan, geriye kalan soruların nasıl cevaplanabileceğini doğrudan anlayabilmemiz için, bu 50 yıllık görevde bir yol ayrımındayız. Deneylerden bazı ipuçlarına ihtiyacımız var ve umarız, umuyoruz ki, Standart Model'in altında yatan bir sonraki teorik yapıyı bize anlatmak için ipuçları yeterli olacaktır. 

Rutgers Bugün: Hangi sorular var?

Somalwar: Standart Model, madde ve antimaddenin neredeyse eşit olması gerektiğini söylüyor. Fakat Big Bang'den 13.8 milyar yıl önce, konu 10 milyarda bir parçaya ulaştı ve antimadde neredeyse sıfıra düştü. Tüm antimadde olanlara büyük bir gizem geldi. Ve neden nötrinolar (ayrıca atom altı parçacıklar) çok hafif? Higgs bozonu parçacığı kendi başına mı yoksa Higgs hayvanat bahçesi mi var? Higgs bozonunun muhtemelen tek başına olmaması için iyi sebepler var. Resme daha çok olmalı.

Rutgers Today: Neye odaklanıyorsunuz?

Somalwar: Büyük Patlama'dan sonra bir pikosaniye dönüşmüş ağır parçacıkların kanıtlarını arıyorum. Bu parçacıklar artık yok çünkü onlar dejenere. Çok kararsızlar. Nötrinoların neden bu kadar hafif olduklarını ve niçin tüm antimaddelerin niçin kaybolduğunu açıklayabiliyorlardı, ancak her şey ortadan kalkmadı. Yaptığımız şey sınır bilimi olarak adlandırılır - bu fiziğin ön safındadır: en küçük mesafeler ve en yüksek enerjiler. Sınırı geçtikten sonra, bölgenin çoğunu işgal edip arama yapmaya başlıyorsunuz. Ama bir noktada, şeyler söndürülüyor ve yeni bir cepheye ihtiyacınız var. Buraya yeni gelmeye başladık. Yeterli madencilik alanımız yok ve orada uzanmış birkaç mücevherimiz var ve önümüzdeki sene ya da iki yıl içinde daha fazla geleceğiz. Yani, şu anda çok heyecan verici bir zaman çünkü altın acele ettiğimiz gibi.

Thomas: Ben en az bir parçacık - Higgs bozonu içermesi gereken Standart Model teorisinin Higgs sektörünün altında yatan fiziği anlamaya çalışıyorum. Bu sektör çok önemlidir, çünkü atomların büyüklüğünü ve temel parçacıkların kütlesini belirler. Higgs sektörünün altında yatan fizik , fiziği daha temel bir ölçekte anlamak için bir yoldur . Higgs parçacıklarının başka türleri var mı? Etkileşimleri nelerdir ve özellikleri nelerdir? Bu bize ipuçlarını vermeye başlayacaktı ve sonra belki de Standart Modelin altında yatan şeyin teorisini yeniden kurabilirdik. Asıl motivasyon, evrenin en temel düzeyde çalıştığı yolu anlamaktır. Hepimizi bu kadar zorluyor.

 Daha fazla keşfet : ATLAS Higgs boson çürümesinin fermiyonlara girdiğini

Read more at: https://phys.org/news/2018-03-physicists-crossroads-universe.html#jCp