Σάββατο, 16 Δεκεμβρίου 2017

Τα νετρίνα μπορούν να λύσουν το μυστήριο της ύπαρξης του Σύμπαντος

Ένα νετρίνο που διέρχεται από τον ανιχνευτή Super-Kamiokande δημιουργεί χαρακτηριστικές φωτεινές εκλάμψεις στον ανιχνευτή.

Στην Ιαπωνία πραγματοποιείται ένα πείραμα που θα μπορούσε να μας αποκαλύψει γιατί η ύλη κυριάρχησε σε σχέση με την αντιύλη στο σύμπαν μας αμέσως μετά την Μεγάλη Έκρηξη. Το πείραμα ονομάζεται Τ2Κ (Tokai-to-Kamioka, από το Τοκάι στην Καμιόκα). Στον επιταχυντή πρωτονίων που βρίσκεται στα ανατολικά παράλια του νησιού Χονσού, στο Tokai, παράγονται νετρίνα (το Τοkai είναι γνωστό ως το ορμητήριο του τέρατος Γκοτζίλα, από τις ομώνυμες κινηματογραφικές ταινίες επιστημονικής φαντασίας). Η δέσμη των νετρίνων αφού διανύσει μια απόσταση 295 χιλιομέτρων που καλύπτεται από διάφορα πετρώματα φθάνει στον υπόγειο ανιχνευτή Super-Kamiokande (Super-K) που περιέχει 50000 τόνους υπερ-καθαρού νερού. Κατά την διάρκεια αυτής της διαδρομής κάποια από αυτά τα νετρίνα αλλάζουν ταυτότητα (ταλαντώσεις νετρίνων).
Στον επιταχυντή πρωτονίων που βρίσκεται στο Τοκάι – πατρίδα του κινηματογραφικού τέρατος Γκοτζίλα – παράγονται τα νετρίνα που φτάνουν στον ανιχνευτή Super-Kamiokande
Από τις πρώτες μετρήσεις που συνέλλεξε στις αρχές της δεκαετίας 2010 ο ανιχνευτής T2K έδειχναν ότι μερικά νετρίνα του μιονίου μετατρέπονται σε νετρίνα του ηλεκτρονίου. Παλαιότερες μετρήσεις με τους ανιχνευτές SNO και Super-K είχαν αποδείξει δυο άλλα είδη ταλαντώσεων νετρίνων, αλλά αυτή τη φορά οι φυσικοί είχαν άμεσες αποδείξεις για τον τρίτο τύπο μετασχηματισμού. Οι μετρήσεις έδειχναν πως μια χαρακτηριστική παράμετρος, η γωνία μείξης θ13, δεν είναι μηδενική. Αυτό το αποτέλεσμα δημιουργούσε τις πρώτες υποψίες πως τα νετρίνα και τα αντινετρίνα θα μπορούσαν να συμπεριφέρονται διαφορετικά κατά την αλληλεπίδρασή τους με την ύλη.
Πέρυσι οι φυσικοί του πειράματος Τ2Κ ανέφεραν ότι μέσα από τις μετρήσεις τους θα μπορούσε να εξηγηθεί η υπεροχή της ύλης από την αντιύλη.
Σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο των στοιχειωδών σωματιδίων σε κάθε στοιχειώδες σωματίδιο αντιστοιχεί ένα σωματίδιο-είδωλο, που φέρει αντίθετο φορτίο – ένα σωματίδιο αντιύλης. Όταν τα σωματίδια της ύλης συγκρούονται με τα σωματίδια αντιύλης τότε εξαϋλώνονται παράγοντας ακτινοβολία. Οι κοσμολόγοι πιστεύουν ότι κατά την Μεγάλη Έκρηξη θα έπρεπε να παραχθούν ίσες ποσότητες ύλης και αντιύλης, γεγονός που θα σήμαινε ότι θα έπρεπε να εξαφανιστούν αρκετά γρήγορα. Αλλά αυτό δεν συνέβη. Ένα πολύ μικρό ποσοστό της γνωστής μας ύλης επιβίωσε και αποτέλεσε το περιεχόμενο του σύμπαντός μας. Κι αυτό αποτελεί ένα μυστήριο που πρέπει να ξεδιαλύνουν οι φυσικοί.
Προτάσεις υπάρχουν. Ίσως να υπάρχουν κάποιες αντιδράσεις σωματιδίων που συμβαίνουν διαφορετικά για την ύλη και την αντιύλη, π.χ. η αντιύλη μπορεί να διασπάται με διαφορετικό τρόπο δε σχέση με την ύλη. Αν συμβαίνει κάτι τέτοιο τότε θα παραβιαζόταν η συμμετρία φορτίο-ομοτιμίας (CP – Charge Parity), σύμφωνα με την οποία οι νόμοι της φυσικής δεν θα αλλάξουν αν τα σωματίδια της ύλης αντικατασταθούν με συμμετρικά κατοπτρικά σωματίδια, αντίθετου φορτίου – τα αντισωματίδιά τους. Η συμμετρία CP ισχύει για τα περισσότερα σωματίδια, όχι όμως για όλα. Τα κουάρκ παραβιάζουν την συμμετρία, αλλά οι αποκλίσεις είναι τόσο μικρές που δεν μπορούν να εξηγήσουν γιατί η ύλη κυριάρχησε ολοκληρωτικά της αντιύλης στο σύμπαν μας. Πέρυσι, η φυσικοί του πειράματος T2K ανακοίνωσαν την πρώτη ένδειξη ότι τα νετρίνα δεν υπακούουν στην συμμετρία CP, κάτι που θα μπορούσε να εξηγήσει την κυριαρχία της ύλης στον κόσμο μας.
Στην περίπτωση των νετρίνων, οι επιστήμονες του T2K διερευνούν το πώς τα νετρίνα και τα αντινετρίνα ταλαντώνονται ή μεταμορφώνονται, καθώς τα σωματίδια φτάνουν στον ανιχνευτή Super-K. Το 2016, 32 νετρίνα του μιονίου μετατράπηκαν σε νετρίνα του ηλεκτρονίου κατά την διάρκεια της διαδρομής τους προς τον Super-K. Όταν οι ερευνητές έστειλαν αντινετρίνα του μιονίου, μόνο τέσσερα από αυτά έγιναν αντινετρίνα του ηλεκτρονίου.
Αυτό το αποτέλεσμα ενθάρρυνε τους φυσικούς – παρόλο που το δείγμα ήταν πολύ μικρό και υπήρχε πιθανότητα 10% η διαφορά να είναι απλώς μια στατιστική διακύμανση. Για σύγκριση, η ανακάλυψη του μποζονίου Higgs είχε πιθανότητα μικρότερη από 1 στο εκατομμύριο το σήμα να είναι μια στατιστική διακύμανση).
Φέτος, οι ερευνητές συνέλλεξαν σχεδόν το διπλάσιο των δεδομένων σε σχέση με το 2016. Ο ανιχνευτής Super-K ανίχνευσε 89 νετρίνα του ηλεκτρονίου, πολύ περισσότερα από τα 67 που θα έπρεπε να ανιχνευτούν αν ΔΕΝ υπήρχε παραβίση της συμμετρία CP. Kαι στο πείραμα εντοπίστηκαν μόνο επτά αντινετρίνα του ηλεκτρονίου, δυο λιγότερα από το αναμενόμενο.
Οι ερευνητές δεν ισχυρίζονται ότι πρόκειται για μια ξεκάθαρη ανακάλυψη. Επειδή τα δεδομένα είναι λίγα, υπάρχει μια πιθανότητα 1 προς 20 να είναι απλά ένα στατιστικό σφάλμα και να μην υφίσταται παραβίαση της CP συμμετρίας. Η ανακάλυψη θα γίνει αποδεκτή όταν η πιθανότητα στατιστικού σφάλματος μειωθεί στα 3 προς 1000, κάτι που θα επιτευχθεί μέχρι τα μέσα της δεκαετίας 2020.


διαβάστε περισσότερα ΕΔΩ: https://www.quantamagazine.org/neutrinos-suggest-solution-to-mystery-of-universes-existence-20171212/?=1&utm_content=buffer9f6e2&utm_medium=social&utm_source=twitter.com&utm_campaign=buffer

Άλλα θέματα

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...