A tudósoknak sikerült becsapni az időt, és elkapni egy szellemrészecskét
Az orosz fizikusok amerikai kollégáikkal közösen sikerült igazolást találni majdnem fél évszázados jóslatokra, amelyek szerint az úgynevezett „szellemszemcsés” neutrinó kölcsönhatásba lép a rendes anyaggal. Elvégzett egy tanulmányt, amely segít létrehozni egy eszközt, amely láthatja a nukleáris reaktorokon keresztül, valamint megtudhatja, hogy milyen folyamatok zajlanak a szupernóvákban.
1974-ben a tudósok elméletet fogalmaztak meg a neutrinók és az anyag közötti valamilyen ismeretlen interakció lehetőségéről. Ezek az elemi részecskék milliószor könnyebbek, mint egy elektron, és szabadon áthaladhatnak a bolygókon. Az atommagokkal való ütközések periodikusan előfordulnak, és a neutrinók kölcsönhatásba lépnek néhány neutronnal és protonnal. A tudósok azonban négy évtizeddel ezelőtt azt feltételezték, hogy lehetséges a kölcsönhatás a neutrino és a mag egésze között. Ezt a mechanizmust koherens neutrino szóródásnak nevezik a magokon. Javasolták az elektromágneses kölcsönhatások standard modelljének egyik alkotóelemeként, de ez idáig kísérletileg nem igazolták meg.
Az elektromágneses kölcsönhatás számos alapvető kölcsönhatás általános leírása - elektromágneses és gyenge. Általánosan elfogadott tény, hogy miután az univerzum körülbelül 1015 kelvin hőmérsékletet ért el (és ez szinte közvetlenül a Nagyrobbanás után történt), ezek az interakciók egyetlen egészet jelentettek. A gyenge erők, szemben az elektromágnesesekkel, az atommag méretéhez képest sokkal kisebb mértékben mutatkoznak meg. Gondoskodnak a mag béta-bomlásáról, melyben nemcsak a neutrinók, hanem az antineutrinók is felszabadulhatnak. Ugyanakkor az elektromos zaj kölcsönhatás elmélete szerint nemcsak egy neutrinó keletkezik, hanem az anyaggal való kölcsönhatása is.
Az elmélet azt mondja, hogy ha egy koherens szóródás következtében kölcsönhatás alakul ki a neutrino és a mag között, akkor felszabadul az energia, amelyet a Z-boszonon keresztül továbbvisszünk a magba, amely a gyenge kölcsönhatás hordozója. Nagyon nehéz ezt a folyamatot rögzíteni, mivel az energiakibocsátás nagyon jelentéktelen. A koherens szóródás valószínűségének növelése érdekében nehéz elemekként használják célokat, különösen céziumot, jódot és xenont. Ugyanakkor, minél nehezebb a mag, annál nehezebb észlelni ezt a visszaáramlást, ami viszont szintén bonyolítja a helyzetet.
A tudósok kriogén detektorok használatát javasolták a neutrino szóródás észlelésére, amelyek elméletileg képesek rögzíteni az egyszerű és a sötét anyag kölcsönhatásait is. A kriogén detektor egy nagyon hideg kamra, amelynek hőmérséklete csak egy század fokos az abszolút nulla felett, és amely magába foglalja azt a kis hőmennyiséget, amely felszabadul a magok reakciója során a neutrinókkal. Szubsztrátumként kalcium- vagy germánium-volframát kristályokat használnak, ezen felül szupravezető eszközök, semleges folyadékok vagy módosított félvezetők is játszhatnak detektorok szerepét.
A szükséges számítások elvégzése után a kutatók megállapították, hogy a célpont ideális jelöltje a nátrium-szennyeződésekkel rendelkező cézium-jodid. Az anyag kristályai voltak a kis detektor alapjául (súlya mindössze 14 kilogramm volt, mérete 10x30 centiméter). Ezt az érzékelőt az SNS neutronforráshoz telepítették, amely az Egyesült Államok Tennessee államában található, az Oak Ridge Nemzeti Laboratóriumban. Az érzékelőt a forrástól kb. Két tucat méterre egy betonnal és vassal árnyékolt alagútba helyezték, amely reprodukálja a neutronnyalábot, ugyanakkor van egy mellékhatása - a neutrinók.
A természetes mesterséges forrásból származó SNS, szemben a természetes neutrinos forrásokkal, különösen a Föld légkörével vagy a Napval, elegendő nagyságú neutrino sugarat képes előállítani egy detektor általi befogáshoz, ugyanakkor ugyanakkor elég kicsi a koherens szórás előfordulásához. A kutatók megjegyzik, hogy az érzékelő és a forrás szinte tökéletesen illeszkednek egymáshoz. A cézium-jodid-molekulák, amikor kölcsönhatásba lépnek a részecskékkel, szcintillátorokká alakulnak (más szóval, fény formájában újból kibocsátják az energiát). És ezt a fényt regisztrálták. A standard modell szerint egy muonikus neutrino, egy elektronneutrino és egy muonikus antineutrino kölcsönhatásba lépett a kristállyal.
Promóciós videó:
Ez a felfedezés fontos. A lényeg egyáltalán nem az, hogy a tudósok ismét megerősítették a világ fizikai képét, amelyet a standard modell leír. Koherens szórással a tudósok azt remélik, hogy kidolgoznak speciális eszközöket és technikákat a nukleáris reaktorok megfigyelésére, hogy segítsék a falakon keresztül látni, mi történik a belső részben. Ezen felül koherens szóródás fordul elő a neutron és a közönséges csillagok belsejében, valamint a szupernóva robbanások során. Így lehetőséget kínál arra, hogy megismerjék felépítésüket és életüket. A tudósok tudják, hogy a szupernóvák székében lévő neutrinók a robbanás során a külső héjon érintkeznek, és olyan sokkhullámot képeznek, amely a csillagot darabokra szakítja. A koherens szórás miatt a neutrinók és a felrobbanó csillag anyagának hasonló kölcsönhatása megmagyarázható.
Ezenkívül a WIMP-k - a sötét anyag elméleti részecskéinek - keresésekor a kutatók az ütközésükből és az atommagokból származó sugárzás detektálására támaszkodnak. Meg kell különböztetni a háttérrel, amely koherens neutrino szórást hoz létre. Ez javíthatja a kriogén és egyéb detektorok segítségével a sötét anyaggal kapcsolatos adatokat.
