في أعماق جبل في إيطاليا ، في أبرد متر مكعب من الكون المعروف ، يبحث العلماء عن أدلة على أن الجسيمات الشبحية التي تسمى النيوترينوات تعمل كشركاء مضادين لها. ما وجده هؤلاء الباحثون يمكن أن يفسر عدم توازن المادة والمادة المضادة في الكون.
حتى الآن ، جاءوا خالي الوفاض.
أحدث النتائج من الشهرين الأولين من تجربة CUORE (مرصد تحت الأرض للأحداث النادرة) في غران ساسو ، إيطاليا ، لا تظهر أي تلميح إلى عملية تثبت أن النيوترينوات ، التي يتم إنشاؤها بواسطة الإشعاع الكوني ، هم شركاءهم الخاصون في المادة المضادة. هذا يعني أنه في حالة حدوث العملية ، نادرًا ما تحدث بحيث تحدث مرة واحدة تقريبًا كل 10 سبتليون (10 ^ 25) سنة.
الهدف النهائي من هذه التجربة هو حل واحدة من الألغاز الأكثر ديمومة في الكون ، والتي تشير إلى أننا لا يجب أن نكون هنا. هذا اللغز موجود لأن الانفجار الكبير النظري - الذي يقال فيه أن التفرد الصغير تضخم أكثر من 13.8 مليار سنة أو نحو ذلك لتشكيل الكون - كان ينبغي أن يؤدي إلى كون يحتوي على مادة 50 في المائة و 50 في المائة مضاد.
عندما تلتقي المادة والمادة المضادة ، فإنها تقضي على بعضها البعض وتجعل بعضها البعض غير موجود.
لكن هذا ليس ما نراه اليوم. وبدلاً من ذلك ، فإن كوننا هو في الغالب مادة ، ويكافح العلماء لاكتشاف ما حدث لجميع المواد المضادة.
وهنا يأتي دور النيوترينوات.
ما هي النيوترينوات؟
النيوترينوات هي جسيمات أولية صغيرة بلا كتلة. كل واحدة أصغر من الذرة ، لكنها جزء من أكثر الجزيئات وفرة في الطبيعة. مثل الأشباح ، يمكنهم المرور عبر الناس والجدران دون أن يلاحظ أحد (حتى النيوترينوات).
تحتوي معظم الجسيمات الأولية على نظير مضاد للمادة الغريبة ، يسمى الجسيمات المضادة ، التي لها نفس الكتلة مثل شريك المادة العادية ولكن الشحنة المعاكسة. لكن النيوترينوات غريبة بعض الشيء من تلقاء نفسها ، حيث لا تكاد تمتلك أي كتلة ، وهي بدون رسوم. لذا ، فقد توقع الفيزيائيون أنهم يمكن أن يكونوا جسيماتهم المضادة.
عندما يعمل الجسيم كجسيم مضاد خاص به ، يطلق عليه جسيم Majorana.
"النظريات التي لدينا في الوقت الحاضر لا تخبرنا ببساطة ما إذا كانت النيوترينوات من نوع مايورانا أم لا. ومن المثير للاهتمام أن نبحث عنه ، لأننا نعلم بالفعل أننا نفتقد شيئًا عن النيوترينوات" ، الفيزيائي النظري سابين أخبر Hossenfelder ، زميل في معهد فرانكفورت للدراسات المتقدمة في ألمانيا ، Live Science. Hossenfelder ، الذي ليس جزءًا من CUORE ، يشير إلى السمات الغريبة غير المبررة للنيوترينو.
إذا كانت النيوترينوات هي Majoranas ، فسيكون بإمكانهم الانتقال بين المادة والمادة المضادة. وقال الباحثون إنه إذا تحولت معظم النيوترينوات إلى مادة عادية عند نشأة الكون ، فإن هذا يمكن أن يفسر سبب تفوق المادة على المادة المضادة اليوم - ولماذا نحن موجودون.
تجربة CUORE
من الصعب دراسة النيوتريونات في مختبر نموذجي ، لأنها نادرًا ما تتفاعل مع مادة أخرى ويصعب اكتشافها - تمر المليارات من خلالك دون أن تكتشفها كل دقيقة. من الصعب أيضًا تمييزهم عن مصادر الإشعاع الأخرى. لهذا السبب احتاج الفيزيائيون إلى السير تحت الأرض - على بعد ميل (1.6 كيلومتر) تحت سطح الأرض - حيث يحيط كرة فولاذية عملاقة كاشف نيوترينو يديره مختبر غران ساسو الوطني التابع للمعهد الوطني الإيطالي للفيزياء النووية.
هذا المختبر هو موطن تجربة CUORE ، التي تبحث عن دليل على عملية تسمى تحلل بيتا مزدوج النيوترينول - طريقة أخرى لقول النيوترينوات تعمل كجسيمات مضادة خاصة بها. في عملية الاضمحلال العادية لبيتا مزدوجة ، تتحلل النواة وتصدر إلكترونين واثنين من مضادات النيوترينو. ومع ذلك ، فإن انحلال بيتا مزدوج النيترينولس لن ينبعث منه أي مضادات نيوترونات ، لأن هذه مضادات النيوترينو يمكن أن تكون بمثابة جسيماتها المضادة الخاصة وتبيد بعضها البعض.
في محاولتهم "لرؤية" هذه العملية ، راقب الفيزيائيون الطاقة المنبعثة (في شكل حرارة) أثناء التحلل الإشعاعي لنظير التيلوريوم. إذا حدث تسوس بيتا مزدوج النيوترينولس ، فستكون هناك ذروة عند مستوى طاقة معين.
لاكتشاف وقياس هذه الطاقة الحرارية بدقة ، صاغ الباحثون أبرد متر مكعب في الكون المعروف. يقارنونه بمقياس حرارة هائل مع ما يقرب من 1000 بلورة من ثاني أكسيد التيلوريوم (TeO2) يعمل عند 10 ملي كلفن (mK) ، وهو ناقص 459.652 درجة فهرنهايت (ناقص 273.14 درجة مئوية).
بينما تتحلل ذرات التيلوريوم المشعة ، تبحث هذه الكواشف عن ذروة الطاقة.
"إن ملاحظة أن النيوترينوات هي جسيماتها المضادة الخاصة بها ستكون اكتشافًا مهمًا وتتطلب منا إعادة كتابة النموذج القياسي المقبول بشكل عام لفيزياء الجسيمات. سيخبرنا أن هناك آلية جديدة ومختلفة للكتلة للمادة" ، قال الباحث كارستن أخبر هيجر ، الأستاذ في جامعة ييل ، العلوم الحية.
وقال ليندلي وينسلو ، أستاذ الفيزياء المساعد في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجزء من فريق CUORE ، حتى إذا لم تستطع CUORE بشكل قاطع إظهار أن النيوترينو هو جسيمه المضاد ، فإن التكنولوجيا المستخدمة في الدراسة قد يكون لها استخدامات أخرى.
وقال وينسلو لـ Live: "التكنولوجيا التي تبرد CUORE حتى 10 mK هي نفسها المستخدمة في تبريد دوائر الموصلات الفائقة للحوسبة الكمومية. قد يعيش الجيل التالي من أجهزة الكمبيوتر الكمومية في cryostat على غرار CUORE. يمكنك الاتصال بنا في وقت مبكر". علم.
