Di bawah gunung di Itali, dalam meter padu yang paling sejuk di alam semesta yang diketahui, saintis sedang memburu bukti bahawa zarah hantu yang dipanggil neutrinos bertindak sebagai rakan antimatter mereka sendiri. Apa yang ditemui penyelidik ini dapat menjelaskan ketidakseimbangan bahan dan antimateri di alam semesta.
Setakat ini, mereka telah datang dengan tangan kosong.
Hasil terbaru dari dua bulan pertama percobaan CUORE (Cryogenic Underground Observatory for Rare Events) di Gran Sasso, Itali, menunjukkan tidak ada tanda-tanda suatu proses membuktikan neutrinos, yang dihasilkan oleh radiasi kosmik, adalah pasangan antimatter mereka sendiri. Ini bermakna jika proses itu berlaku, ia jarang terjadi sehingga ia berlaku kira-kira sekali setiap 10 septillion (10 ^ 25) tahun.
Matlamat utama eksperimen ini adalah untuk menyelesaikan salah satu teka-teki yang paling berkekalan di alam semesta, dan salah satu yang menyarankan kita tidak semestinya berada di sini. Teka-teki itu wujud kerana Big Bang teori - di mana keunikan kecil dikatakan telah meningkat lebih dari 13.8 bilion tahun atau lebih untuk membentuk alam semesta - sepatutnya mengakibatkan alam semesta dengan 50 peratus bahan dan 50 persen antimatter.
Apabila perkara dan antimatter bertemu, mereka memusnahkan dan menjadikan satu sama lain tidak wujud.
Tetapi itu bukan apa yang kita lihat hari ini. Sebaliknya, alam semesta kita adalah perkara penting, dan saintis sedang berjuang untuk mengetahui apa yang berlaku kepada semua antimatter.
Di sinilah neutrino datang.
Apakah neutrino?
Neutrinos adalah zarah-zarah kecil yang kecil dengan praktikal tiada jisim. Setiap satu adalah lebih kecil daripada atom, tetapi ia adalah sebahagian daripada zarah yang paling melimpah. Seperti hantu, mereka boleh melepasi orang dan dinding tanpa sesiapa pun (walaupun neutrino) sedar.
Sebahagian besar zarah asas mempunyai rakan antimatter ganjil, yang dipanggil antipartikel, yang mempunyai jisim yang sama dengan rakan biasa perkaranya tetapi caj yang bertentangan. Tetapi neutrinos adalah sedikit ganjil pada mereka sendiri, kerana mereka tidak mempunyai sebarang jisim, dan mereka tidak bertanggungjawab. Jadi, ahli fizik telah mengagumi, mereka boleh menjadi antipartikel mereka sendiri.
Apabila zarah bertindak sebagai antipartikelnya sendiri, ia dipanggil zarah Majorana.
"Teori-teori yang kita ada sekarang tidak memberitahu kita sama ada neutrino adalah jenis Majorana, dan ia adalah satu perkara yang sangat menarik untuk dicari, kerana kita sudah tahu bahawa kita kehilangan sesuatu tentang neutrino," ahli fizik teori Sabine Hossenfelder, seorang rakan di Institut Pengajian Tinggi di Frankfurt, memberitahu Live Science. Hossenfelder, yang bukan sebahagian daripada CUORE, merujuk kepada ciri-ciri neutrino yang tidak dapat dijelaskan.
Jika neutrinos adalah Majoranas, maka mereka akan dapat beralih antara bahan dan antimatter. Jika kebanyakan neutrinos berubah menjadi perkara biasa pada permulaan alam semesta, para penyelidik berkata, ini dapat menjelaskan mengapa masalah melebihi antimateri hari ini - dan mengapa kita wujud.
Percubaan CUORE
Mempelajari neutrinos dalam makmal tipikal adalah sukar, kerana mereka jarang berinteraksi dengan perkara lain dan sangat sukar untuk mengesan - berbilion-bilion melalui anda tidak dapat dikesan setiap minit. Ia juga sukar untuk memberitahu mereka selain sumber radiasi lain. Itulah sebabnya para ahli fizik perlu pergi ke bawah tanah - hampir satu batu (1.6 kilometer) di bawah permukaan bumi - di mana sfera keluli gergasi menyekat pengesan neutrino yang dikendalikan oleh Institut Kebangsaan Itali untuk Fizik Nuklear 'Gran Sasso National Laboratory.
Makmal ini adalah rumah percubaan CUORE, yang mencari bukti proses yang dipanggil neutrinoless kerosakan beta dua kali ganda - cara lain untuk mengatakan neutrino bertindak sebagai antipartikel mereka sendiri. Dalam proses kerosakan beta dua kali ganda, nukleus mereput dan mengeluarkan dua elektron dan dua antineutrinos. Walau bagaimanapun, neutrinoless kerosakan beta dua tidak akan memancarkan antineutrinos, kerana antineutrinos ini boleh berfungsi sebagai antipartikel mereka sendiri dan akan memusnahkan satu sama lain.
Dalam usaha mereka untuk "melihat" proses ini, ahli fizik menyaksikan tenaga yang dipancarkan (dalam bentuk haba) semasa kerosakan radioaktif daripada isotop telurium. Sekiranya kerosakan dua kali ganda neutrinoless berlaku, akan ada puncak pada tahap tenaga tertentu.
Untuk mengesan dan mengukur tenaga haba dengan tepat, penyelidik membuat meter padu yang paling sejuk di alam semesta yang diketahui. Mereka membandingkannya dengan termometer yang besar dengan hampir 1,000 kristal tellurium dioksida (TeO2) yang beroperasi pada 10 milli-kelvin (mK), iaitu tolak 459.652 darjah Fahrenheit (tolak 273.14 darjah Celcius).
Apabila atom telusur radioaktif mereput, pengesan ini mencari puncak tenaga.
"Pemerhatian bahawa neutrinos adalah antipartikel mereka sendiri akan menjadi penemuan yang penting dan memerlukan kita menulis semula Model Fizik zarah standard yang biasa diterima. Ia akan memberitahu kita bahawa terdapat mekanisme baru dan berbeza untuk masalah untuk mempunyai massa," kata penyelidik kajian Karsten Heeger, seorang profesor di Universiti Yale, memberitahu Live Science.
Dan walaupun CUORE tidak boleh menunjukkan bahawa neutrino adalah antipartikelnya sendiri, teknologi yang digunakan dalam kajian itu mungkin mempunyai kegunaan lain, kata Lindley Winslow, penolong profesor fizik di Massachusetts Institute of Technology dan sebahagian daripada pasukan CUORE.
"Teknologi yang menyejukkan CUORE ke 10 mK adalah sama yang digunakan untuk menyejukkan litar superconducting untuk pengkomputeran kuantum. Komputer kuantum generasi akan datang boleh hidup dalam cryostat gaya CUORE. Anda boleh memanggil kami pendatang awal," kata Winslow kepada Live Sains.
