Skip to main content

Article Category

Article available in the folowing languages:

Naświetlenie popisowego numeru zniknięcia ukaże enigmatyczne neutrina w nowym świetle

Mimo że teoretycznie każdej cząstce materii odpowiada cząstka antymaterii, na razie obserwujemy znacznie więcej materii niż antymaterii. Hipoteza, zgodnie z którą tajemnicze neutrino jest swoją własną antycząstką, stanowi próbę rozwiązania zagadki tej asymetrii i niebawem, dzięki zwiększeniu możliwości detekcji tych cząstek, może doczekać się doświadczalnego potwierdzenia.

Badania podstawowe

Teorie formułowane w ciągu ostatniego stulecia i potwierdzające lub obalające je eksperymenty pozwoliły nam zyskać niebywały wgląd w strukturę (bardzo nielicznych) elementarnych „klocków”, z których zbudowany jest cały wszechświat. Opracowany w latach 70. XX wieku model standardowy, jedna z teorii fizyki cząsteczkowej, jest najpełniejszym opisem świata cząstek, jakim dysponujemy. Ale i w nim brakuje pewnych informacji, z czego fizycy doskonale zdają sobie sprawę. Dzięki wsparciu z działań „Maria Skłodowska-Curie”, tak zwanego MCSA, powołano do życia projekt MELODIC, który być może, dzięki zebraniu nowych informacji na temat neutrin, materii i antymaterii, umożliwi wypełnienie niektórych luk w tym modelu, a także w innych teoriach fizycznych.

Iluzja

Cząstki i odpowiadające im antycząstki mają takie same masy i równe ładunki, choć o przeciwnych znakach, a gdy znajdą się w swoim sąsiedztwie, dochodzi do ich anihilacji. W przypadku pozbawionego ładunku neutrino niesie to ciekawe implikacje i wielu naukowców skłania się ku poglądowi, że te trudno uchwytne cząstki mogą być jednocześnie materią i antymaterią. Jedną z najpewniejszych metod zbadania antyneutrin jest wykrycie wystąpienia podwójnego bezneutrinowego rozpadu beta (0νββ). Rozpad ten jak dotąd jest przewidywany wyłącznie teoretycznie. Podwójny rozpad beta (2νββ) zachodzi bardzo rzadko i był na razie obserwowany jedynie dla pewnych izotopów. Jego wynikiem jest emisja dwóch elektronów i dwóch neutrin. Stypendysta działania MCSA Neus López March wyjaśnia: „Rozpad 0νββ to hipotetyczny proces, w trakcie którego jądro atomowe podlega rozpadowi promieniotwórczemu i emituje dwa elektrony oraz żadnego neutrina. Rozpad taki będzie miał miejsce wyłącznie jeśli neutrino jest swoją własną antycząstką, co sprawi, że obie cząstki ulegną w swojej obecności anihilacji. Gdyby udało się nam zaobserwować to zjawisko, moglibyśmy wyjaśnić dysproporcję między obserwowaną we wszechświecie materią i antymaterią, który to problem jest jednym z najważniejszych zagadnień fizyki cząsteczkowej”.

Coraz lepsze widoki

Neus López March stara się zwiększyć możliwość wykrywania rozpadu 0νββ w komorze projekcji czasowej (TPC) wypełnionej gazowym ksenonem pod wysokim ciśnieniem przez zmniejszenie dyfuzji elektronów i w efekcie zwiększenie rozdzielczości oraz poprawę eliminacji tła. Wystąpienie rozpadu 0νββ można stwierdzić na podstawie pomiaru energii elektronów uwalnianych w czasie rozpadu jednego z izotopów ksenonu, ksenonu-136. Jeśli ich łączna energia wyniesie dokładnie 2,458 MeV, będzie to znaczyło, że nie doszło do emisji niewykrywalnych neutrin, które uniosłyby jej część. „Wykorzystujemy ksenon domieszkowany helem, aby zmniejszyć dyfuzję, co jest możliwe, ponieważ elektrony lepiej wytracają energię podczas sprężystych zderzeń z helem niż z ksenonem. W ten sposób zapobiegamy przemianie śladu jonizacji w chmurę przez co zwiększa się zdolność detekcji. Następnie za pomocą macierzy krzemowych fotopowielaczy uzyskamy informacje topologiczne pozwalające odróżnić zdarzenia z udziałem dwóch elektronów od tych, w których pojawia się tylko jeden elektron” wyjaśnia Neus López March. Stosując się do tych zasad, zespół fizyków oraz inżynierów specjalizujących się w mechanice i elektronice, pracujących pod kierunkiem Lópeza Marcha zaprojektował, zbudował i uruchomił detektor NEXT-DEMO++, będący demonstratorem doświadczenia Neutrino Experiment with a Xenon TPC prowadzonego w instytucie IFIC. Działania te prowadzono w ramach dwuletniego stypendium MCSA.

Gotowi na to, co niesie ze sobą NEXT?

Wstępne wyniki z demonstratora potwierdziły, że domieszkowanie ksenonu 15 % helu powoduje trzykrotne zmniejszenie dyfuzji poprzecznej. Wyniki z badań są przygotowywane do publikacji. Być może to usprawnienie pozwoli nam wreszcie zaobserwować efekt zniknięcia dwóch neutrin i w ten sposób dowieść, że neutrina są jednocześnie antyneutrinami, co na zawsze zmieni cząsteczkowy opis wszechświata.

Słowa kluczowe

MELODIC, neutrino, ksenon, materia, antymateria, podwójny rozpad beta, bezneutrinowy, elektron, model standardowy, antyneutrino, Neutrino Experiment with a Xenon TPC (NEXT)

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania