GERDA bliżej pokazania, czy neutrino jest swoją antycząstką
W podziemnym laboratorium we Włoszech trwają prace nad ustaleniem, czy neutrina są swoimi własnymi antycząstkami. Na razie zakończyła się pierwsza faza eksperymentu GERDA. W pracach uczestniczą naukowcy z Uniwersytetu Jagiellońskiego.
W wyniku zakończenia pierwszej fazy eksperyment GERDA, fizycy uzyskali nowe ograniczenie na tak zwany podwójny bezneutrinowy rozpad beta, który jest jedynym testem pozwalającym stwierdzić, czy neutrina są swoimi antycząstkami.
Otrzymane wyniki mają istotne znaczenie dla kosmologii, astrofizyki i fizyki cząstek elementarnych. Wnoszą także nowe informacje na temat masy neutrina. Zapewniają o tym przedstawiciele Wydziału Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej UJ w przesłanym PAP komunikacie.
Celem eksperymentu GERDA (GERmanium Detector Array) prowadzonego w podziemnym laboratorium w Gran Sasso (Laboratori Nazionali del Gran Sasso) należącym do Narodowego Instytutu Fizyki Jądrowej (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) we Włoszech jest wyznaczenie masy neutrina i określenie jego natury - czy jest to tzw. cząstka Diraca czy może cząstka Majorany. Gdyby neutrino okazało się cząstką Majorany, znaczyłoby, że jest swoją własną antycząstką - neutrina i antyneutrina byłyby nie do rozróżnienia.
GERDA poszukuje tzw. podwójnego rozpadu beta izotopu germanu (Ge-76) zachodzącego z emisją i bez emisji neutrin. Jeśli w czasie takiego rozpadu do emisji neutrin by nie doszło, neutrino musiałoby być cząstką Majorany.
W klasycznym rozpadzie beta neutron znajdujący się w jądrze atomowym rozpada się na proton, któremu towarzyszy elektron i antyneutrino elektronowe. Do rozpadu beta jądra Ge-76 nie może dojść ze względu na zasadę zachowania energii. Jednak równoczesna konwersja dwóch neutronów jest możliwa i proces taki został zarejestrowany w detektorze GERDA. Jest to jeden z najrzadszych rozpadów, jaki kiedykolwiek zaobserwowano.
W eksperymencie wykonano pomiary z bardzo dużą precyzją, wyznaczając czas połowicznego zaniku Ge-76 ze względu na rozpad z emisją dwóch neutrin, na poziomie 2x10^21 lat. Jest to okres czasu ponad 100 miliardów razy dłuższy od wieku Wszechświata. Jeżeli neutrino byłoby cząstką Majorany, to także powinien zachodzić podwójny rozpad bezneutrinowy, lecz z jeszcze mniejszym prawdopodobieństwem. W takim przypadku antyneutrino powstałe w jednym rozpadzie powinno zostać zaabsorbowane przez drugi rozpadający się neutron jako neutrino. Byłoby to możliwe tylko wtedy, gdyby neutrino i antyneutrino były cząstkami identycznymi.
\"Poszukiwanie igły w stogu siana jest dziecinną zabawą w porównaniu z detekcją podwójnego rozpadu beta, głównie ze względu na wszechobecną naturalną promieniotwórczość - rozpady naturalnych radioizotopów są ponad miliard razy częstsze\" - skomentowano w komunikacie.
Na razie zakończyła się pierwsza faza eksperymentu. W wyniku analizy, stwierdzono brak sygnału od podwójnego bezneutrinowego rozpadu beta izotopu Ge-76, co umożliwiło obliczenie dolnej granicy czasu połowicznego zaniku Ge-76 ze względu na ten rozpad na poziomie 2,1x10^25 lat. Jest to jak dotąd najwyższa uzyskana wartość. Uwzględniając wyniki innych eksperymentów, osiągnięcie zespołu GERDA pozwala wykluczyć wcześniejsze doniesienie o obserwacji podwójnego bezneutrinowego rozpadu beta. \"Wynik uzyskany w eksperymencie GERDA wnosi ponadto niezwykle ważne informacje na temat masy neutrina oraz ma bardzo ciekawe konsekwencje dla rozszerzeń modelu standardowego cząstek elementarnych, opisu procesów astrofizycznych i kosmologii\" - zapewniono w komunikacie.
Jak przypomniano, neutrina (obok fotonów) są najbardziej rozpowszechnionymi cząstkami we Wszechświecie. Ze względu na niezwykle słabe oddziaływanie z materią często określa się je mianem „cząstek-duchów”. Neutrina, mimo iż są praktycznie niewidoczne, stanowią bardzo ważny budulec Wszechświata, którego łączna masa może dorównywać całkowitej masie wszystkich innych znanych form materii. Ponadto poruszają się one z prędkościami niewiele mniejszymi od prędkości światła pokonując ogromne dystanse. Znikoma masa neutrin ma także bardzo ważne konsekwencje dla struktury Wszechświata oraz wybuchów supernowych.
GERDA jest projektem europejskim, zrzeszającym naukowców z 16 instytutów badawczych i uniwersytetów z Niemiec, Włoch, Rosji, Polski, Szwajcarii i Belgii. Ze strony polskiej w projekt GERDA zaangażowani są fizycy z Instytutu Fizyki (Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej) Uniwersytetu Jagiellońskiego.
PAP - Nauka w Polsce
lt/ agt/
Przed dodaniem komentarza prosimy o zapoznanie z Regulaminem forum serwisu Nauka w Polsce.
