Forskere klarte å lure tiden og fange en spøkelsespartikkel
Russiske fysikere klarte sammen med sine amerikanske kolleger å finne bekreftelse på nesten et halvt århundre med spådommer om at den såkalte "spøkelsespartikkelen" nøytrino samhandler med vanlig materie. Det er utført en studie som kan hjelpe til med å lage et apparat som kan se gjennom atomreaktorer, samt finne ut hvilke prosesser som oppstår i supernovaer.
I 1974 ble det uttrykt en teori blant forskere om muligheten for interaksjon på en eller annen ukjent måte mellom nøytrinoer og materie. Disse elementære partiklene, millioner ganger lettere enn et elektron, kan fritt passere gjennom planetene. Kollisjoner med atomkjerner oppstår med jevne mellomrom, og nøytrinoer interagerer med noen nøytroner og protoner. For fire tiår siden antok forskere at et samspill er mulig mellom nøytrinoen og kjernen som helhet. Denne mekanismen kalles koherent nøytrinospredning på kjerner. Det ble foreslått som en av komponentene i standardmodellen for elektro-svak interaksjoner, men har ikke blitt bekreftet eksperimentelt før nå.
Electroweak-interaksjon er en generell beskrivelse av flere grunnleggende interaksjoner - elektromagnetisk og svak. Det er generelt akseptert at etter at universet nådde en temperatur på omtrent 1015 kelvin (og dette skjedde nesten umiddelbart etter Big Bang), var disse samhandlingene en enkelt helhet. Svake krefter, i motsetning til elektromagnetiske, manifesterer seg i mye mindre skala relativt til størrelsen på atomkjernen. De sørger for beta-forfall av kjernen, der det er mulig å frigjøre ikke bare nøytrinoer, men også antineutrinoer. Samtidig oppstår ikke bare en nøytrino, i følge teorien om elektro-svak interaksjon, men også dens interaksjon med materie, materie.
Teorien sier at hvis en interaksjonsprosess oppstår mellom nøytrinoen og kjernen på grunn av sammenhengende spredning, i dette tilfellet er det en frigjøring av energi som overføres til kjernen gjennom Z-boson, som er bærer av svak interaksjon. Det er veldig vanskelig å fikse denne prosessen, fordi energiutløsningen er veldig ubetydelig. For å øke sannsynligheten for sammenhengende spredning, brukes tunge elementer som mål, spesielt cesium, jod og xenon. Samtidig, jo tyngre kjernen, desto vanskeligere er det å oppdage denne rekylen, som igjen også kompliserer situasjonen.
Forskere foreslo å bruke kryogene detektorer for å oppdage nøytrinospredning, teoretisk i stand til å registrere til og med samspillet mellom enkel materie og mørk materie. En kryogen detektor er et veldig kaldt kammer, med en temperatur bare en hundredels grad over absolutt null, og som fanger opp den lille mengden varme som frigjøres under reaksjonen av kjerner med nøytrinoer. Krystaller av kalsium eller germanium wolframat brukes som underlag, i tillegg kan superledende anordninger, inerte væsker eller modifiserte halvledere også spille rollen som detektorer.
Etter å ha utført de nødvendige beregningene fant forskerne at den ideelle kandidaten for målet er cesiumjodid med urenheter av natrium. Det var krystallene av dette stoffet som ble grunnlaget for den lille detektoren (dens vekt var bare 14 kilo, og størrelsen var 10x30 centimeter). Denne detektoren ble installert ved SNS-nøytronkilden, som ligger i den amerikanske delstaten Tennessee, på Oak Ridge National Laboratory. Detektoren ble plassert i en tunnel skjermet med betong og jern, omtrent to dusin meter fra kilden, som gjengir nøytronstråler, men samtidig er det en bivirkning - nøytrinoer.
En kunstig kilde SNS, i motsetning til naturlige kilder til nøytrinoer, spesielt jordens atmosfære eller solen, er i stand til å produsere en tilstrekkelig stor nøytrino-stråle som kan fanges opp av en detektor, men samtidig liten nok til å forårsake sammenhengende spredning. Som forskerne bemerker seg, passer detektoren og kilden nesten perfekt sammen. Cesiumjodidmolekyler, når de interagerer med partikler, omdannes til scintillatorer (med andre ord sender de ut energi i form av lys). Og det var dette lyset som ble registrert. I henhold til standardmodellen inngikk en muonic neutrino, en elektron neutrino og en muonic antineutrino interaksjon med krystallen.
Salgsfremmende video:
Denne oppdagelsen er viktig. Og poenget er slett ikke at forskere nok en gang har bekreftet det fysiske bildet av verden, som Standardmodellen beskriver. Gjennom sammenhengende spredning håper forskere å utvikle spesifikke verktøy og teknikker for å overvåke atomreaktorer for å hjelpe gjennom veggene hva som skjer inne. I tillegg forekommer sammenhengende spredning inne i nøytron og vanlige stjerner, så vel som under supernovaeksplosjoner. Dermed vil det gi en mulighet til å lære mer om deres struktur og liv. Forskere vet at nøytrinoene som er tilstede i tarmen til supernovaene treffer det ytre skallet under eksplosjonen, og dannet en sjokkbølge som river stjernen i stykker. På grunn av sammenhengende spredning, kan en lignende interaksjon mellom nøytrinoer og saken til stjernen som eksploderer, forklares.
I jakten på WIMP-er - teoretiske partikler av mørk materie - er forskere avhengige av å oppdage stråling som oppstår fra deres kollisjon og atomkjerner. Det må skilles fra bakgrunnen som skaper sammenhengende nøytrinospredning. Dette kan forbedre dataene som kan fås om mørk materie ved hjelp av kryogene og andre detektorer.
