A Semmi keresése nem magyarázza meg, miért van valami

Az a fajta nukleáris bomlás, amelyben nincsenek neutrínók - neutrino nélküli kettős béta-bomlás - utalhat arra, hogy miért van valami az univerzumban.

Bill Fairbank, a Colorado Állami Egyetem fizikaprofesszora az alapvető anyagrészecskéket, neutrínóknak nevezi. Pontosabban, a radioaktív bomlás rendkívül ritka példáját keresi, amelyben hiányoznak a neutrinók - egyébként ilyen bomlás esetén.

Colorado Állami Egyetemi fizika professzor, Bill Fairbank laboratóriumának egyatomú képalkotó készülékével (John Eisele / Colorado Állami Egyetem)

A felfedezésnek némi jelentősége van, mivel vezethet a részecskefizika standard modelljének átdolgozásához.

Ezt a bomlást - „neutrino nélküli kettős-béta-bomlást” - elméletben vették, de soha nem figyeltek meg. Így felfedezése valószínűleg megrázza a részecskefizika világát. Ez potenciálisan megoldhatja a neutrínók alapvető tulajdonságairól szóló régóta rejtélyeket, amelyek valószínűleg a legszélesebb, de legkevésbé érthető részecskék az univerzumban.

Ezenkívül megválaszolhatja azt az alapvető kérdést, hogy miért uralja az anyag az univerzumban az antianyagot.

Báriumcímkézés - új nyomozó eszköz.

A Fairbank csapata - amely a nemzetközi EXO-200 (Enriched Xenon Observatory) tudományos együttműködés részeként működik, és 2005 óta szuperhideg folyadék-xenonnal töltött részecskedetektor segítségével vadászik a neutrinoless kettős-béta-bomlásra - alapot teremtett egy atom számára bárium címkézésnek nevezett megvilágítási stratégia. Eredményük az egyes atomok első ismert képalkotása szilárd nemesgázban.

Fairbank elmagyarázza, hogy a báriummal való jelölés nagyobb esélyt mutat a neutrinoless kettős béta-bomlás észlelésére, mint az előző módszerek: „A jelenlegi vezető kísérletekben csak az elektronokat detektálják, és energiáját mérik. Ez azt jelenti, hogy van néhány esemény, amelyet nem lehet megkülönböztetni a neutrino nélküli kettős béta-bomlástól. ”

Eddig az EXO-200 detektor a megfelelő energia bomlási eseményeit hozta létre, de nem volt határozott többlet a mért detektor háttéréből várhatóan.

A Fairbank kifejti, hogy ezek a hamis események nem termelnek leánybárium-atomot, míg a neutrino nélküli kettős béta-bomlás.

Fairbank folytatja: "Ha észlelhetnénk ezt a bárium-atomot, akkor azt mondhatnánk:" igen, ez valójában neutrino nélküli kettős béta-bomlás ", és kizárhatjuk ezeket az eseményeket."

A NEXO kísérlet bárium-címkézést használhatott erre a célra - növelve a detektor érzékenységét a neutrinoless kettős-béta-bomlásra akár 4-szeres tényezővel -, ezzel lehetővé téve a tudósok számára, hogy egyértelműen meghatározzák a kettős-béta-bomlás egy atomjának melléktermékeit azáltal, hogy elválasztják a valós eseményeket a háttér csaló jelek.

Az új mexikói Carlsbadban fél mérföld alatt található EXO-200 részecskedetektor 170 kilogramm izotóppal dúsított xenon-atomokkal van ellátva, folyékony formában. Az instabil xenon izotópok időnként radioaktív bomláson mennek keresztül, két elektront és két neutrinot szabadítva fel, amelyek a xenon atomokat bárium atomokká változtatják.

Fairbank ismerteti azokat a gondos intézkedéseket, amelyekkel az EXO-200 összetevői nem szennyezték meg kísérletüket: „Minden huzalt, csavart, anyát és csavart meg kellett vizsgálni az urán és a tórium legkisebb nyomaira. Ez olyan hátteret eredményezhet, amelyet ritkán látunk. ”

Ha a bomlás mindössze két elektronot és egy báriumatomot hoz létre, akkor azt jelzi, hogy neutrino nélküli kettős-béta-bomlás megtörténhet. Ez azért fontos, mert csak akkor fordulhat elő, ha a neutrinó saját egyenlő, ellentétes részecske.

Neutrinos - a saját részecskeük?

A részecskefizika standard modellje szerint minden részecskének megvan a saját részecske-ellenes része. Tehát az elektronoknak pozitronok vannak; a kettőnek ugyanaz a tömege, de azonos és ellentétes töltésű.

Elektromágneses töltés nélküli neutrinók esetében a kép bonyolultabb. Lehet, hogy saját részecske-ellenesek. Ez azért fontos, mert ha a neutrinók valóban saját antikiszek, akkor megsemmisülnek - ez a „leptonszám” megőrzésének megsértéséhez vezet.

Fairbank szerint: "Ha ezek a részecskék (neutrinos és antineutrinos) azonosak, akkor a leptonszámnak nincs pontos jelentése."

Ha a leptonszám nem konzerválódik - tehát a kölcsönhatás előtti és utáni leptonok száma eltérő lehet -, ez megmagyarázhatja, hogy miért az anyag és az antianyag azonos mennyisége nem pusztult el egymás után azonnal a nagy robbantás után.

Fairbank rámutat: "A leptonszám-megőrzés megszakítása mechanizmust biztosít az anyag és az antitest hatásának korai különbségének magyarázatához."

Így egy ilyen neutrinomentes bomlás megerősítése a fizika paradigmaváltását okozná - a részecskefizika standard modelljének frissítését igényli. Valami a fizika paradigmaváltásában.

Fairbanks elmagyarázza: „A Lepton-szám megőrzése egy ideje ellenőrzött alapelv volt, és eddig nem találtunk kísérleti bizonyítékot ellene. De ha felismernénk a neutrinosokat és az antineutrinosokat, akkor ez megváltoztatja a gondolkodásunkat. "

Ezen túlmenően a bomlás mért felezési ideje segítene a tudósokat közvetett módon megmérni a neutrinók abszolút tömegét - ez még egy soha nem történt előadás.

A báriumcímkézéssel kapcsolatos munkát a Nemzeti Tudományos Alapítvány INSPIRE program támogatta.

John Gillaspy, a Nemzeti Tudományos Alapítvány fizikusa a módszerről mondja: „Csodálatos gondolkodni azon, hogy ezek a kísérletek milyen érzékenyek.

„A 30 évvel ezelőtti kísérletek során nehéznek találtam„ egy egymillióból ”egzotikus atomok keresését. Ez az új tanulmány tízmilliószor ritkább atomokat keresett. A fizika és a kémia nagy utat tett meg. Izgatottan gondolkodom azon, hogy mit találhat Fairbank és munkatársai ennek az új technikanak a felhasználásával, mivel rejlik abban, hogy valóban felrázza azt, amit tudunk a valóság alapvető természetéről. ”

A Naturebank folyóiratban közzétett tanulmányukban a Fairbank csapata kriogén próbát alkalmaz a bárium „lánya” atomnak, amelyet a xenon-136 izotóp radioaktív bomlásával állítottak elő szilárd xenonban a próba végén. Ezután lézerfluoreszcenciát alkalmaznak az egyes bárium-atomok megvilágítására a most szilárd xenonban.

Fairbank megjegyzések: "A csoportunk nagyon izgatott volt, amikor képeket kaptunk egy báriumatomról."

A standard modell és a „címkézési módszer” jövője

A Colorado Állami Egyetem laboratóriumában: Alec Iverson, James Todd, David Fairbank, Chris Chambers és Bill Fairbank

Arra a kérdésre, hogy a jövőbeli kutatási útvonalak szerint a neutrinosok és az antineutrinók ugyanannak a részecskének a fogalma nyitva van, a Fairbank olyan választ ad, amely tükrözi, hogy ez a felfedezés milyen úttörő jelentőségű lenne.

Azt mondja: „Ez jó kérdés. Nem vagyok biztos abban, hogy világos válasz van-e. A más kísérletekre gyakorolt ​​azonnali hatás nem egyértelmű, mivel csak így tudjuk megvizsgálni.

"Megnyitja annak a lehetőségét, hogy egy" látómechanizmusnak "nevezett mechanizmus segítségével megvizsgáljuk azt az okot, hogy a neutrinók milyen kis tömegűek.

Ez az ötlet, hogy az alacsony tömegű „balkezes” neutrinók rejtett, eddig felfedezetlen, nagy tömegű jobbkezes partnerrel rendelkeznek.

A Fairbank azonnali alkalmazást lát a címkézési módszer számára az asztrofizikában - magnézium helyett báriumot használva. Ilyen kutatás jelenleg folyik a Michigan Állami Egyetemen.

A Fairbank egyatomú címkézési technikáját más alkalmazásokra is általánosíthatjuk, kihatással lehetnek például a nukleáris fizika, az optikai fizika és a kémia területeire.

Fairbank egyértelmű, hogy ez nagyon egy csapat törekvése volt, és hogy a Colorado Állami Egyetemen dolgozó munkatársaik nélkül - Alec Iverson, James Todd, David Fairbank és Chris Chambers - a bárium címkézésének fejlesztése és az ismeretek egyszerűen megnyílik. nem lehetett volna.

Olvassa el ezt a történetet később a Journal-ban.

Every Minden vasárnap reggel ébredjen a hét legfigyelemreméltóbb technikai történeteire, véleményeire és híreire, amelyek a beérkező levelek mappájában várják a figyelmet: Hírlevél letöltése>