עמוק מתחת להר באיטליה, במטר הקוק הקרה ביותר של היקום הידוע, מחפשים מדענים עדויות לכך שחלקיקים רפאים המכונים נייטרינים משמשים כשותפים אנטי-חומר בעצמם. מה שמצאו החוקרים הללו יכול להסביר את חוסר האיזון של החומר וההתנחלויות ביקום.
עד כה הם עלו בידיים ריקות.
התוצאות האחרונות מחודשיים הראשונים של ניסוי CUORE (מצפה תת-קרקעי Cryogenic לאירועים נדירים) בגרן סאסו, איטליה, לא מראים שום רמז לתהליך שמוכיח כי נייטרינים, הנוצרים על ידי קרינה קוסמית, הם שותפי אנטי-חומר משלהם. המשמעות היא שאם התהליך מתרחש, הוא מתרחש לעתים רחוקות כל כך שהוא מתרחש בערך אחת לעשר ספטיליון (10 ^ 25) שנים.
המטרה הסופית של ניסוי זה היא לפתור את אחת החידות המתמשכות ביותר של היקום, ואחת המרמזת שאסור לנו אפילו להיות כאן. חידה זו קיימת מכיוון שהמפץ הגדול התיאורטי - בו נאמר כי ייחודיות זעירה ניפח מעל 13.8 מיליארד שנים לערך כדי ליצור את היקום - היה אמור לגרום ליקום עם 50 אחוז חומר ו 50 אחוז אנטי-חומר.
כאשר חומר ואנטי-חומר נפגשים הם מחסלים זה את זה ולא קיים.
אבל זה לא מה שאנחנו רואים היום. במקום זאת, היקום שלנו הוא בעיקר חומר, ומדענים נאבקים לגלות מה קרה לכל האנטי-חומר.
לשם נכנסים נייטרינים.
מהם נייטרינים?
נייטרינו הם חלקיקים יסודיים זעירים ללא כמעט מסה. כל אחד מהם קטן מאטום, אך הם חלק מהחלקיקים השופעים ביותר בטבע. כמו רוחות רפאים, הם יכולים לעבור דרך אנשים וקירות מבלי שאיש (אפילו הנייטרינים) ישים לב.
לרוב החלקיקים היסודיים יש מקביל אנטי-חומר מוזר, הנקרא אנטי-חלקיק, בעל אותה מסה כמו בן הזוג של החומר הרגיל אך המטען ההפוך. אבל הנייטרינים קצת מוזרים מעצמם בכך שהם כמעט ולא סובלים מסה כלשהי והם חסרי טעינה. אז, הפיזיקאים שיערו, הם יכולים להיות החלקיקים שלהם.
כאשר חלקיק פועל כאנטי-חלקיק משלו, הוא נקרא חלקיק מיוראנה.
"התיאוריות שיש לנו כרגע פשוט אינן מספרות לנו אם נייטרינו הם מהסוג הזה של מיוראנה או לא. וזה דבר מאוד מעניין לחפש, כי אנחנו כבר יודעים שחסר לנו משהו בנוייטרינים", פיסיקאי תיאורטי סבין הוסנפלדר, עמית במכון לפרנקפורט ללימודים מתקדמים בגרמניה, סיפר ל- Live Science. Hossenfelder, שאינו חלק מ- CUORE, מתייחס לתכונות הבלתי מוסברות המוזרות של נייטרינים.
אם הנייטרינים הם מיוראנות, הם יוכלו לעבור בין חומר לאנטי-חומר. אם רוב הנייטרינים התחלפו לחומר רגיל בראשית היקום, אמרו החוקרים, הדבר יכול להסביר מדוע החומר עולה על האנטי-חומר כיום - ומדוע אנו קיימים.
ניסוי CUORE
לימוד נייטרינים במעבדה טיפוסית הוא קשה, מכיוון שהם לעיתים רחוקות מקיימים אינטראקציה עם חומר אחר וקשים מאוד לגילוי - מיליארדים עוברים דרכם ללא גילוי בכל דקה. קשה גם להבחין בהם מלבד מקורות קרינה אחרים. זו הסיבה שפיזיקאים היו צריכים לרדת מתחת לאדמה - כמעט קילומטר (1.6 ק"מ) מתחת לפני כדור הארץ - שם מתחם פלדת ענק ענקית גלאי נייטרינו המנוהל על ידי המעבדה הלאומית לאומנויות הפיזיקה הגרעינית של המכון האיטלקי לגראן סאסו.
מעבדה זו היא ביתו של הניסוי CUORE, שמחפש עדויות לתהליך שנקרא ריקבון כפול-בטא של נויטרינולוס - דרך נוספת לומר כי נייטרינים פועלים כאנטי-חלקיקים שלהם. בתהליך ריקבון כפול-בטא רגיל, גרעין מתפרק ופולט שני אלקטרונים ושני נוגדי-קרינה. עם זאת, ריקבון כפול-בטא נטרולינוליסטי לא היה פולט אף אנטי-נוטרינו, מכיוון ש- antineutrino אלה יכולים לשמש כגידולי החלקיקים שלהם והם יהרסו זה את זה.
בניסיונם "לראות" תהליך זה, פיזיקאים התבוננו באנרגיה הנפלטת (בצורה של חום) במהלך התפרקות רדיואקטיבית של איזוטופ של טלוריום. אם התרחשה עששת בטא כפול של ניטרינול, היה שיא ברמת אנרגיה מסוימת.
כדי לאתר ולמדוד במדויק את אנרגיית החום הזו, החוקרים יצרו את המטר הקוק ביותר ביקום הידוע. הם משווים אותו למדחום עצום עם כמעט 1,000 גבישים של טוריום דו חמצני (TeO2) הפועלים ב -10 מילי קלווין (mK), שהוא מינוס 459.652 מעלות פרנהייט (מינוס 273.14 מעלות צלזיוס).
עם התפרקות אטומי הטורוריום הרדיואקטיבי, גלאים אלה מחפשים את שיא האנרגיה ההוא.
"התצפית כי נייטרינו הם חלקיקים משלהם הייתה תגלית משמעותית ומחייבת אותנו לשכתב את המודל הסטנדרטי המקובל של פיזיקת החלקיקים. זה היה אומר לנו שיש מנגנון חדש ושונה שיש לחומר שיש לו מסה", חוקר החוקר קרסטן. הייגר, פרופסור מאוניברסיטת ייל, סיפר ל- Live Science.
וגם אם CUORE לא יכולה להראות באופן סופי שהנייטרינו הוא אנטי-חלקיק משלו, לטכנולוגיה המשמשת במחקר עשויים להיות שימושים אחרים, אמרה לינדלי ווינסלו, עוזרת לפרופסור לפיזיקה במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס וחלק מצוות CUORE.
"הטכנולוגיה שמצננת את CUORE עד 10 מג"ק זהה לשימוש בקירור מעגלי מוליכי-על למחשוב קוונטי. הדור הבא של מחשבים קוונטיים עשוי לחיות בקריוסטט בסגנון CUORE. אתה יכול לקרוא לנו מאמצים מוקדמים," אמר וינסלו ל- Live מדע.
