NAJVEĆA TAJNA KOZMOSA

ZNANSTVENICI NA KORAK DO RJEŠENJA MOŽDA I NAJVEĆEG MISTERIJA UNIVERZUMA Zašto u svemiru ne vlada balans koji se očekivao nakon Velikog praska?

Piše:

Objavljeno: 17. travanj 2020. 02:12

Promatračnica neutrina Super-Kamiokande u gradskoj četvrti Kamioki u japanskom gradu Hidi

Exclusivepix Media / Exclusivepix / Profimedia

Zvijezde, galaksije, planeti i praktički sve što čini našu svakodnevicu postoji zbog svemirske neobičnosti, piše BBC.Priroda te neobičnosti, koja je dopustila materiji da nauštrb antimaterije dominira svemirom ostaje tajna.

No, rezultati eksperimenta koji je proveden u Japanu mogli bi znanstvenicima pomoći da riješe taj misterij - jedan od najvećih u znanosti.

Ona, naime, ovisi o razlici u ponašanju čestica materije i antimaterije.

Svijet koji nam je poznat, svi svakodnevni predmeti koje možemo dotaknuti, sačinjeni su od materije.

Subatomske čestice poput elektrona, kvarkova i neutrina osnovni su gradivni elementi materije. No, materija ima tajnovit pandan u antimateriji. Svaka subatomska čestica obične materije ima korespondirajuću "antičesticu".

Danas u svemiru ima puno više materije nego antimaterije, no to nije uvijek bio slučaj. Veliki je prasak trebao stvoriti jednake količine materije i antimaterije.

- Kada fizičari u akceleratorima stvaraju nove čestice, onda stvore parove čestica i antičestica. Sa svakim negativnim elektronom dođe i pozitivni pozitron, elektronov antimaterijski pandan, rekao je profesor Lee Thompson sa Sveučilišta u Sheffieldu u Engleskoj, jedan od 350 članova T2K, kolektiva znanstvenika s britanskih sveučilišta.

- Zašto svemir nije sačinjen od 50 posto antimaterije? Kozmologija već neko vrijeme pokušava odgovoriti na pitanje - što se dogodilo s antimaterijom?

No, kada se čestica materije susretne s česticom antimaterije, one se unište, nestanu u bljesku energije.

Tijekom prvih nekoliko dijelova prve sekunde Velikog praska, vruć i gust svemir bio je prepun parova čestica i antičestica koje su se rađale i umirale. Bez upliva nekog drugog tajnovitog mehanizma, svemir bi trebao sadržavati isključivo preostalu energiju.

- To bi bilo poprilično dosadno i mi ne bismo bili ovdje, rekao je za BBC profesor Stefan Söldner-Rembold, voditelj grupe za fiziku elementarnih čestica na Sveučilištu u Manchesteru.

Što li je onda poremetilo ravnotežu?

Na to pitanje pokušava odgovoriti T2K eksperiment.

T2K je baziran u Promatračnici neutrina Super-Kamiokande u gradskoj četvrti Kamioki u japanskom gradu Hidi. Znanstvenici su koristili detektor lociran u Promatračnici kako bi promatrali neutrine i antineutrine koji su stvarani u Istraživačkom kompleksu japanskog protonskog akceleratora (J-Parc) u Tokaiju. T2K je skraćenica za "od Tokaija do Kamioke".

Inside of the tank of Super-Kamiokande, the world's largest underground Neutrino detector, is shown to media in Hida City, Gifu Prefecture on Sep.9, 2018. Super-Kamiokande is under repairing construction and the water inside the tank is drained. After the media tour, a preparation work to restart the observation is scheduled.( The Yomiuri Shimbun )

The Yomiuri Shimbun via AFP

Pogled u tank Super-Kamiokande, najveći svjetski podzemni detektor neutrina

Dok putuju kroz Zemlju, čestice i antičestice osciliraju između različitih fizičkih obilježja koja se zovu "okusi".

Fizičari misle da bi nam pronalazak razlike ili asimetrije u fizičkim obilježjima neutrina i antineutrina mogao pomoći da shvatimo zašto u svemiru dominira materija.

Ta je asimetrija poznata kao kršenje nabojne konjugacije i parnosti (kršenje CP-a). Riječ je o jednom od triju uvjeta koji se moraju ispuniti da bi se materija i antimaterija stvarale u različitim količinama, a koje je 1967. godine predložio ruski fizičar Andrej Saharov.

Nakon što su analizirali podatke koji su se prikupljali devet godina, znanstvenici su pronašli diskrepanciju u načinu na koji neutrini i antineutrini osciliraju tako što su bilježili broj čestica koje su do Promatračnice Super-Kamiokande došle s okusom koji je bio drukčiji od onog s kojim su stvorene.

Rezultat je dosegnuo i razinu statističke važnosti, tri sigme, što je dovoljno visoko za indikaciju da se kršenje CP-a pojavljuje u tim česticama.

- Dok je kršenje CP-a kod kvarkova poznato, kršenje CP-a nikada nije uočeno kod neutrina, rekao je Söldner-Rembold. - Kršenje CP-a jedan je od Saharovljevih uvjeta za postojanje Svemira u kojemu dominira materija, no učinak kršenja CP-a kod kvarkova nažalost je premalen da bi objasnio zašto je naš svemir većinom ispunjen materijom. Otkriće kršenja CP-a kod neutrina bio velik korak naprijed u našem shvaćanju postanka svemira.

The Surreal World of Neutrino Detectors

Neutrinos are one of the fundamental particles which make up the universe, but not in the way electrons, protons and neutrons are. These particles are extremely tiny, nearly massless and electrically neutral so they are not affected by electromagnetic forces and react very weakly with other particles of nature. Neutrinos are produced by the decay of radioactive elements in nuclear reactions such as in the core of the sun or exploding stars. Once born, they travel in straight lines at the speed of light passing through solid matter almost entirely unhindered. Although tiny, they carry a colossal amount of energy Ń some of these carry the same amount of energy as a well hit tennis ball. To detect these particles using the same technology they use at the Large Hadron Collider in Switzerland, one would require a ring of magnets the size of Earth's orbit around the Sun.
Neutrino detectors therefore use entirely different kind of science and technology. Some detectors use large tanks filled with water and surrounded by photomultiplier tubes that watch for radiation emitted when an incoming neutrino creates an electron or muon in the water. Other detectors have tanks filled with chlorine or gallium or other liquids. Neutrino detectors are often built underground, to isolate the detector from cosmic rays and other background radiation.

The Super-Kamiokande neutrino detector is located 1,000 meters under Mount Kamioka near the city of Hida, in Japan. The detector consist of a cylindrical stainless steel tank 41 meters by 39 meters holding 50,000 tons of ultra-pure water and surrounded by more than 11,000 photomultiplier tubes (PMT). It is one of the largest detector of its kind.
When a passing neutrino interacts with the electrons or nuclei of water, it can produce a charged particle that moves faster than the speed of light in water. This creates a cone of light known as Cherenkov radiation, which is the optical equivalent to a sonic boom. The Cherenkov light is projected as a ring on the wall of the detector and recorded by the PMTs. Using this data scientists can determine the direction of the source and the flavor of the incoming neutrino.
©Exclusivepix Media, Image: 254086217, License: Rights-managed, Restrictions: , Model Release: no, Credit line: Exclusivepix Media / Exclusivepix / Profimedia

Exclusivepix Media / Exclusivepix / Profimedia

Promatračnica neutrina Super-Kamiokande u gradskoj četvrti Kamioki u japanskom gradu Hidi

Söldner-Rembold kaže da teorija imena leptogeneza povezuje dominaciju materije i kršenje CP-a kod neutrina. - Ti modeli leptogeneze predviđaju dominaciju materije zbog sektora neutrina. Kada bismo vidjeli kršenje CP-a kod neutrina, to bi nam reklo da je taj model leptogeneze pravi put.

Rezultati T2K eksperimenta "dali su jake naznake" da bi učinak kršenja CP-a mogao biti velik kod neutrina.

Sve su oči sada uprte u eksperiment s neutrinima DUNE koji se trenutno gradi u rudniku u američkoj saveznoj državi Južnoj Dakoti. Söldner-Rembold dio je tima koji će raditi na tom eksperimentu, a njime će se otkrivati i precizno mjeriti kršenje CP-a.

Söldner-Rembold kaže da je rezultat eksperimenta T2K čovječanstvo doveo bliže do modela koji bi objasnio kako se svemir od svog postanka razvio do svog današnjeg oblika u kojem dominira materija.

Vezane vijesti