Experimentul fascinant din munții Italiei care ar putea oferi explicația pentru existența oamenilor




De mai mulţi ani, o echipă internaţională de cercetători coboară adnc n interiorul unui munte din centrul Italiei, adunnd neobosiţi rezultatele unuia dintre cele mai sensibile experimente de măsurare realizate vreodată, n cel mai rece metru cub din Universul cunoscut. Cercetătorii caută dovada că fantomaticele particule denumite neutrini sunt indisociabile de corespondentul lor n antimaterie - cu alte cuvinte, dovada că neutrinii sunt simultan particule dar şi propriile lor antiparticule. Dacă identitatea dublă a neutrinilor va fi observată, ar putea explica un mister cu care se confruntă fizica ncă de la nceputul primelor observaţii ştiinţifice: de ce există materie? - conform unui material publicat marţi de Space.com.

De mult timp fizicienii cunosc că materia are o corespondentă perfect identică, dar de sarcină electrică opusă, denumită antimaterie. Pentru fiecare particulă fundamentală din Univers, există o antiparticulă identică dar cu sarcină electrică opusă. Atunci cnd o particulă şi ntlneşte antiparticula, cele două se distrug reciproc, genernd energie pură.
Avem această simetrie aparent perfectă ntre materie şi antimaterie. De fiecare dată cnd obţii o particulă de materie, obţii şi una de antimaterie şi ori de cte ori distrugi o particulă de materie, distrugi şi una de antimaterie. Dacă acest raţionament este adevărat, atunci nu putem avea niciodată mai multă materie dect antimaterie sau invers", a comentat Thomas O'Donnell, profesor de fizică la Virginia Tech University, ntr-o declaraţie pentru Live Science.
nsă această simetrie contravine modelului teoretic actual privind naşterea Universului. Astfel, conform teoriei Big Bang-ului, atunci cnd Universul s-a extins dintr-o singularitate infinitezimală, n urmă cu aproximativ 13,8 miliarde de ani, se crede că au apărut cantităţi egale de materie şi antimaterie. Problema este că n prezent ntregul Univers abundă n materie, iar antimateria este de negăsit. Iar dacă teoria Big Bang-ului este corectă n această privinţă, atunci una dintre implicaţiile ei ar fi că oamenii nu ar trebui să existe.


Dacă materia şi antimateria se supun pe deplin principiului simetriei, atunci, pe măsură ce cosmosul a evoluat, toată materia şi antimateria ar fi trebuit să se anihileze reciproc producnd fotoni şi nu ar mai fi existat deloc materie care să formeze stele, planete sau celulele organismului uman", conform lui O'Donnell. Ar fi existat un Univers de lumină şi nimeni care să-l contemple din interior. "Marea ntrebare care se pune este dacă acest mecanism s-a defectat cndva, n cursul evoluţiei Universului", a adăugat el.
Aceasta este ntrebarea la care Thomas O'Donnell şi colegii săi ncearcă să răspundă. n ultimii doi ani, echipa lor a centralizat şi analizat datele obţinute n cadrul experimentului CUORE (Cryogenic Underground Observatory for Rare Events), desfăşurat la Laboratorul Naţional Gran Sasso din Italia, n căutarea neutrinilor de la care fizicienii aşteaptă răspunsul la misterul existenţei.
Experimentul CUORE, care nseamnă inimă n limba italiană, caută dovezi că neutrinii sunt propriile lor antiparticule - ceea ce fizicienii denumesc particule Majorana. Neutrinii, care trec precum nişte fantome prin materia barionică (ordinară), cu care nu interacţionează aproape deloc, sunt extrem de greu de detectat, tocmai din această cauză. Conform NASA, trilioane de neutrini care şi au originea n reactorul de fuziune nucleară al Soarelui, trec nestingheriţi prin corpul nostru n fiecare secundă.
n cadrul experimentului CUORE fizicienii caută semnele lăsate de neutrinii Majorana (cu dublă identitate de particulă şi antiparticulă) care se anihilează reciproc ntr-un proces denumit descompunere dublă-beta fără emisie de neutrini (neutrinoless double-beta decay - ND-BD). n descompunerile dublu-beta ordinare, cu emisie de neutrini, doi neutroni din interiorul nucleului unui atom se transformă simultan n doi protoni, proces n care este emisă o pereche de electroni şi de antineutrini. Acest eveniment produs la nivel nuclear, deşi este extrem de rar, avnd loc, n medie, doar o dată la 10 la puterea 20 de ani (!) pentru un atom individual, a fost observat experimental.
Dacă nsă ipoteza de la care au pornit cercetătorii este adevărată, iar neutrinii sunt ntr-adevăr particule Majorana, atunci cei doi antineutrini creaţi n cadrul procesului de descompunere, s-ar putea anihila reciproc, ntr-un proces de descompunere ND-BD. Rezultatul ar putea fi electroni, care fac parte din materia barionică. Dacă acest proces chiar se ntmplă, atunci victoria materiei n lupta cu antimateria din acest Univers poate fi explicată. Observarea acestui proces este nsă incredibil de dificilă. Oamenii de ştiinţă estimează că procesul de descompunere dublă-beta fără emisie de neutrini, dacă există cu adevărat, ar putea să se producă cu o frecvenţă de doar o dată la fiecare 10 la puterea 25 ani (!).
Expert: CUORE este, n esenţă, unul dintre cele mai sensibile termometre din lume

Ne dorim să observăm acest proces care pare să ncalce toate regulile, genernd materie fără corespondentul de antimaterie", a susţinut O'Donnell, care este membru al echipei CUORE. "Ar fi primul indiciu pentru o soluţie reală la asimetria dintre materie şi antimaterie.
Detectorul CUORE caută semnătura energiei, sub formă de căldură, de la electronii creaţi n cadrul procesului de descompunere radiactivă a atomilor de telur - telurul a fost descoperit n 1782 n minereul de aur de la minele din Zlatna, pe teritoriul actual al Romniei (atunci n Imperiul Habsburgic), de către mineralogul austriac Franz-Joseph Mller von Reichenstein. Descompunerile duble-beta fără emisie de neutrini ar lăsa un vrf unic şi distinct n spectrul energetic al electronilor.
CUORE este, n esenţă, unul dintre cele mai sensibile termometre din lume, explică şi Carlo Bucci, coordonator tehnic al experimentului CUORE.
Asamblat ntr-un interval de timp de peste 10 ani, instrumentul CUORE este cel mai rece metru cub din ntregul Univers. Este format din 988 de cristale cubice realizate din dioxid de telur, răcit pnă la 10 mili-Kelvin (-273 grade Celsius), cu o fracţiune peste 0 absolut (-273,15 grade Celsius, cea mai scăzută temperatură permisă de fizică). Pentru a proteja acest experiment de interferenţa altor particule, aşa cum sunt radiaţiile cosmice, spre exemplu, detectorul este ncapsulat ntr-un strat gros de plumb cu nivel ridicat de puritate.
n pofida tehnologiei moderne, detectarea unui eveniment de tip descompunere ND-BD s-a dovedit o sarcină extrem de dificilă. n perioada de timp de la lansarea acestui experiment, la 23 octombrie 2017, cercetătorii au strns o cantitate enormă de date, cea mai mare pentru un detector de acest tip, nsă nu au găsit nicio urmă a procesului de descompunere dublă-beta fără emisie de neutrini, conform rezultatelor publicate n arhiva ştiinţifică arXiv.
Experimentul CUORE continuă nsă. Rezultatele obţinute au restrns mult valoarea preconizată a masei unui neutrin Majorana, care se crede că este de cel puţin 5 milioane de ori mai uşor dect un electron. n perioada următoare sensibilitatea detectorului CUORE va fi crescută prin introducere unui nou tip de cristal, n speranţa că o sensibilitate mai ridicată va permite demonstrarea dualităţii materie-antimaterie a neutrinilor şi răspunsul la ntrebarea fundamentală pentru fizică cu privire la existenţa materiei n Univers.
Editor web: C.T.
https://www.digi24.ro/stiri/sci-tech...enilor-1254976