Πέμπτη 17 Οκτωβρίου 2013

Είναι το νετρίνο το αντισωματίδιό του;

Το ανανεωμένο πείραμα GERDA II, θα χρησιμοποιήσει 40 κιλά γερμανίου, όπου με βελτιωμένες τεχνικές, θα είναι σε θέση να ανιχνεύσει διάσπαση σε σελήνιο εντός τριών ετών.
Ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια της σύγχρονης φυσικής, είναι το γιατί η ύλη επικράτησε της αντιύλης στο Σύμπαν. Σύμφωνα με την υπάρχουσα θεωρία, το Σύμπαν θα έπρεπε να είναι άυλο, καθώς η ύλη και η αντιύλη σχηματίζονται (ακόμη και στο κενό) σε ζεύγη σωματιδίων, τα οποία όταν συγκρούονται εξαϋλώνονται, απελευθερώνοντας ενέργεια.
Έτσι, η ύπαρξη των γαλαξιών, των πλανητών και των ανθρώπων δείχνει πως «κάτι πήγε στραβά» στη φυσική θεωρία, και η ύλη βρήκε ένα τρόπο να υπερισχύσει της αντιύλης.
Ήδη από τη δεκαετία του ’50, είχε προταθεί μια ιδέα που ίσως διέσωζε την κατάσταση: εάν υπήρχε μία ραδιενεργή διάσπαση, που δε συμπεριλάμβανε νετρίνα τότε υπήρχε τρόπος να εξηγηθεί η πολύ χαμηλή μάζα αυτών των σωματιδίων αλλά και η επικράτηση της ύλης στο Σύμπαν.
Ο σπουδαίος Ιταλός φυσικός, Εττόρε Μαχοράνα με σημαντική συνεισφορά στην έρευνα για τη μάζα των νετρίνων, εξαφανίστηκε από προσώπου γης στις 25 Μαρτίου του 1938, σε ηλικία μόλις 31 ετών.
Η διάσπαση αυτή αποκαλείται «διπλή διάσπαση βήτα χωρίς νετρίνα», και προϋποθέτει πως το νετρίνο και το αντι-νετρίνο είναι το ίδιο και το αυτό σωματίδιο. Τότε, το νετρίνο αποκτά τις ιδιότητες σωματιδίου Μαχοράνα, ενός θεωρητικού είδους σωματιδίων που είχε προβλεφθεί από τον Ιταλό φυσικό Ετόρε Μαχοράνα το 1937.
Σε μία συνηθισμένη διπλή διάσπαση βήτα, δύο νετρόνια εντός ενός ατομικού πυρήνα, μετασχηματίζονται σε πρωτόνια, ενώ εκπέμπουν ηλεκτρόνια και νετρίνα.
Εάν ισχύει πως το νετρίνο είναι και το αντισωματίδιό του, τότε θα έπρεπε οι ερευνητές να παρατηρήσουν και μία παραλλαγή αυτής της διάσπασης, όπου τα δύο νετρίνα εξαϋλώνονται και την ενέργειά τους απορροφά ο πυρήνας. Τότε, από τη διάσπαση θα εκπέμπονταν μονάχα δύο ηλεκτρόνια.
Η ιδέα του πειράματος (και όλων των πειραμάτων που ψάχνουν να βρουν αν το νετρίνο είναι Dirac ή Majoranna ) είναι απλή :
Έστω οτι ένας πυρήνας υφίσταται διάσπαση -β.
Στην διάσπαση -β παράγεται ένα ηλεκτρόνιο και ένα ΑΝΤΙΝΕΤΡΙΝΟ.
Aν το αντι-νετρίνο και το νετρίνο είναι ένα και το αυτό (δηλαδή το νετρίνο είναι Majoranna--> το αντισωμάτιο του εαυτού του),
το αντινετρίνο μπορεί να προκαλέσει αντίστροφη -β διάσπαση δρώντας ως νετρίνο και δίνοντας ένα ηλεκτρόνιο ακόμα στην τελική κατάσταση.
Επομένως έχουμε κατα σειρά:

n -> p + e- + antineutrino

antineutrino (=neutrino) + n -> p+ + e-


Εν τέλει λοιπόν έχουμε στον ανιχνευτή μας δύο ηλεκτρόνια με πολύ καθορισμένη ενέργεια (αφού η απελευθερούμενη ενέργεια Q μοιράζεται μόνο στα 2 ηλεκτρόνια-- οπότε το ενεργειακό φάσμα αυτών είναι σχεδόν μονοενεργειακό) και καθόλου νετρίνα:
αυτού του είδους την υπογραφή, που γράφεται 0νββ (neutrinoless double beta decay)ψάχνουν αυτού του είδους τα πειράματα αφού είναι ενδεικτική της Majoranna φύσης του νετρίνο.
Η 'κλασσική' διπλή β-διάσπαση 2νββ (double beta decay) συμβαίνει όταν δύο νετρόνια ενός πυρήνα διασπώνται ταυτόχρονα δίνοντάς μας δύο ηλεκτρόνια και δύο αντινετρίνα στην τελική κατάσταση.
Το ενεργειακό φάσμα αυτής της διαδικασίας είναι συνεχές , αφού η ενέργεια (Q) που απελευθερώνεται από τις διασπάσεις των νετρονίων μοιράζεται σε 4 σωμάτια -- επομένως τα ηλεκτρόνια (που είναι αυτά που μετράμε) έχουν ένα μεγάλο πιθανό εύρος ενεργειών από 0 έως Q.

Με βάση τη συγκεκριμένη ιδέα, στήθηκε το πείραμα GERDA (GERmanium Detector Array), στο Γραν Σάσο της Ιταλίας το 2004. Δεκαπέντε κιλά κρυστάλλων γερμανίου, κρατήθηκαν για πολλά χρόνια σε πλήρη απομόνωση κάτω από τα βουνά. Οι επιστήμονες παρατηρούσαν, ελπίζοντας να ανιχνεύσουν μία μεταστοιχείωση του γερμανίου-76 σε σελήνιο-76. Εάν συνέβαινε κάτι τέτοιο, θα μπορούσε να αποτελεί την αρχή για την κατανόηση της προτίμησης της φύσης στην ύλη, αλλά και για τη φύση των νετρίνων και την προέλευση της μάζας τους.

Τον περασμένο μήνα όμως, οι 60 συνεργαζόμενοι επιστήμονες ανακοίνωσαν πως δεν παρατήρησαν καμία τέτοια διάσπαση, και πως εάν όντως συμβαίνει, τότε λαμβάνει χώρα μία φορά σε τουλάχιστον 30 εξάκις εκατομμύρια χρόνια, πολλές τάξεις μεγέθους μεγαλύτερο χρονικό διάστημα από την ηλικία του Σύμπαντος. Εάν συνέβαινε συχνότερα, θα είχε ανιχνευθεί κάποιο σήμα. Άλλα πειράματα, όπως το EXO-200 και το KamLAND-Zen, βρίσκουν παρόμοιους χρόνους τέτοιας διάσπασης για άλλα στοιχεία όπως το ξένο-136.
Παρόλα τα αρνητικά αυτά δεδομένα, οι ερευνητές δεν το βάζουν κάτω. Το ανανεωμένο πείραμα GERDA II, θα χρησιμοποιήσει 40 κιλά γερμανίου, όπου με βελτιωμένες τεχνικές, θα είναι σε θέση να ανιχνεύσει διάσπαση σε σελήνιο εντός τριών ετών, ακόμη κι αν συμβαίνει μία τέτοια ανά 100 εξάκις εκατομμύρια χρόνια. Η επιμονή αυτή μάλλον οφείλεται στο ότι η ιδέα πως τα νετρίνα είναι σωματίδια Μαχοράνα, «παραείναι όμορφη για να την αφήσουμε τόσο εύκολα», σύμφωνα με ορισμένους φυσικούς.
Ευχαριστώ πολύ τον Mανώλη Χανιωτάκη για το υλικό που μου έδωσε ώστε να συμπληρώσω την ανάρτηση.

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου

Σημείωση: Μόνο ένα μέλος αυτού του ιστολογίου μπορεί να αναρτήσει σχόλιο.

Άλλα θέματα

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...