Годинама се међународни тим истраживача сакрио дубоко испод планине у централној Италији, неуморно скупљајући најосетљивија мерења из најхладнијег кубичног метра у познатом свемиру. Научници траже доказе да се сабласне честице зване неутрини не разликују од њихових колега против антиматерије. Уколико се докаже, откриће би могло разрешити космичку загонетку која деценијама мучи физичаре: Зашто материја уопште постоји?
Одавно знају да материја има злу двоструку антиматерију. За сваку основну честицу у свемиру постоји античестица која је готово идентична његовој сестри, са истом масом, али супротним набојем. Када се честица и античестица састану лицем у лице, оне уништавају једна другу, стварајући чисту енергију.
"Имамо ову привидну потпуну симетрију обрачуна између материје и антиматерије", рекао је Тхомас О'Доннелл, професор физике на Универзитету Виргиниа Тецх, за Ливе Сциенце. "Сваки пут када направите комадић ствари, правите и комад антиматерије који уравнотежује равнотежу. Сваки пут када уништите комад неке материје, морате да уништите и комад антиматерије. Ако је ово тачно, никада не можете имати више врсте него други. "
Ова симетрија је у супротности са нашим тренутним схватањем како је универзум почео. Према теорији великог праска, када се универзум проширио од бесконачне минималне јединствености пре око 13,8 милијарди година, верује се да су постојале једнаке количине материје и антиматерије. Међутим, када астрономи данас погледају у космос, универзум је готово у потпуности састављен од материје, а да ниједан од његових злих близанаца није ни на видику. Још забрињавајуће, ако је теорија Великог праска тачна, ми - да, људи - данас не бисмо требали бити овде.
"Да се материја и антиматерија у потпуности покоре овој симетрији, како би се космос развио, сва материја и антиматерија би се уништиле у фотоне и не би преостало ништа за звезде, планете или чак људске ћелије. Не бисмо постојали!" О'Доннелл је рекао. „Велико питање је:„ Да ли се ова рачуноводствена шема прекинула негде током еволуције универзума? “
То је питање на које се О'Доннелл и његови сарадници надају да ће одговорити. Током протекле две године, њихов тим је прикупљао и анализирао податке из експеримента ЦУОРЕ (Криогени подземни опсерваториј за ретке догађаје) у Националној лабораторији Гран Сассо у Италији, тражећи пушку за пушење која би ову космичку мистерију оставила на миру.
Мали неутрални
ЦУОРЕ, што на италијанском значи "срце", тражи доказе да су неухватљиве субатомске честице назване неутрини сопствена античестица, што физичари називају честицом мајоране. Неутрине који пролазе попут спектра кроз већину материја изузетно је тешко детектирати. У ствари, према НАСА-и, трилију неутрина који потичу из ватрене нуклеарне пећи нашег сунца сваке секунде пролазе кроз наша тела.
ЦУОРЕ експеримент тражи потпис мајоранских неутрина који се међусобно уништавају у процесу који се зове неутрино двоструко бета распадање. У обичном двоструком бета распаду, два неутрона у језгру атома истовремено се трансформишу у два протона, емитујући пар електрона и антинеутрино. Овај нуклеарни догађај, иако изузетно ретки и који се дешавају само једном у сваких 100 квинтијонских година (10 ^ 20) за појединачни атом, примећен је у стварном животу.
Међутим, ако су истраживачи тачни и неутрини су истинске честице мајоране (они су сопствена античестица), тада би два антинеутрина створена током распада могла уништити једни друге и створити неутралан двоструки бета распад. Резултат? Само електрони, који су "обична материја". Ако се овај процес покаже тачним, можда је одговоран за сејање раног универзума обичном материјом. Посматрање овог процеса је, међутим, друга прича. Научници процењују да се безтрино двоструко бета распадање (ако уопште постоји) може догодити само једном у сваких 10 септилијумских година (10 ^ 25).
"Неутралан режим је онај који стварно желимо да видимо, он би прекршио правила, стварајући материју без антиматерије", рекао је О'Доннелл, који је члан ЦУОРЕ сарадње. "То би био први траг за стварно решење асиметрије материје-антиматерије."
Детектор ЦУОРЕ тражи енергетски потпис у облику топлоте од електрона створених током радиоактивног распада атома телуријума. Двоструко-бета распадање без неутрина оставило би јединствен и препознатљив врх у енергетском спектру електрона.
"ЦУОРЕ је, у суштини, један од најосетљивијих термометара на свету," рекао је Царло Буцци, технички координатор за сарадњу на ЦУОРЕ-у.
Склопљен током деценије, инструмент ЦУОРЕ је најхладнији кубни метар у познатом свемиру. Састоји се од 988 кристала у облику коцке израђених од телур-диоксида, охлађеног на 10 мили-келвина или минус 460 степени Фаренхита (минус 273 степена Целзијуса), само коса изнад температуре најхладније температуре. Да би се експеримент заштитио од сметњи спољашњих честица попут космичких зрака, детектор је смјештен у дебелом слоју високо чистог олова, извађеног из римског бродолома старог 2 000 година.
Упркос технолошким достигнућима тима, проналазак неутриног догађаја се није показао лаким задатком. Истраживачи су више него удвостручили прикупљене податке од својих почетних резултата у 2017. години, што представља највећи скуп података који је икада прикупио детектор честица такве врсте. Њихови последњи резултати, објављени у бази претпринката арКсив, показују да нису пронашли доказе о неутринозном двоструком бета распаду.
Сурадња је још увијек одлучна у проналажењу ове неухватљиве честице са двоструким агентом. Њихови резултати чврсто су се везали за очекивану масу неутриног мајорана, за који верују да је бар 5 милиона пута лакши од електрона. Тим планира надоградити ЦУОРЕ након почетног петогодишњег трчања, уводећи нову врсту кристала за који се надају да ће му знатно побољшати осетљивост.
"Ако је историја добар предиктор будућности, онда можемо бити прилично сигурни да ће нам потискивање овојнице детекторских технологија омогућити да пажљиво проучавамо неутрине са све већом дубином", рекао је О'Доннелл. "Надамо се да ћемо открити неутрино двоструко бета распадање или можда нешто егзотичније и неочекиваније."
