Mokslininkams pavyko apgauti laiką ir pagauti vaiduoklio dalelę
Rusijos fizikams kartu su savo kolegomis iš Amerikos pavyko rasti patvirtinimą beveik pusės amžiaus prognozėms, kad vadinamosios „vaiduoklio dalelės“neutrinas sąveikauja su įprasta materija. Buvo atliktas tyrimas, kuris gali padėti sukurti įrenginį, kuris matytųsi per branduolinius reaktorius, taip pat sužinoti, kokie procesai vyksta supernovų viduje.
- „Salik.biz“
1974 m. Mokslininkai išreiškė teoriją apie neutrinų ir materijos sąveiką kažkokiu nežinomu būdu. Šios elementariosios dalelės, milijonus kartų lengvesnės už elektroną, gali laisvai praeiti pro planetas. Periodiškai įvyksta susidūrimai su atominiais branduoliais, o neutrinai sąveikauja su kai kuriais neutronais ir protonais. Tačiau prieš keturis dešimtmečius mokslininkai padarė prielaidą, kad įmanoma neutronų ir viso branduolio sąveika. Šis mechanizmas vadinamas koherentiniu neutrinų išsisklaidymu ant branduolių. Jis buvo pasiūlytas kaip vienas iš standartinio elektrinės silpnos sąveikos modelio komponentų, tačiau iki šiol nebuvo patvirtintas eksperimentu.
Elektros srovės sąveika yra bendras kelių pagrindinių sąveikų - elektromagnetinės ir silpnos - apibūdinimas. Visuotinai priimta, kad po to, kai Visata pasiekė maždaug 1015 kelvinų temperatūrą (ir tai nutiko beveik iškart po Didžiojo sprogimo), šios sąveikos buvo viena visuma. Silpnos jėgos, priešingai nei elektromagnetinės, pasireiškia daug mažesniu mastu, palyginti su atominio branduolio dydžiu. Jie numato beta branduolio irimą, kurio metu galima išskirti ne tik neutrinus, bet ir antineutrinus. Tuo pačiu metu pagal elektrinės silpnos sąveikos teoriją atsiranda ne tik neutrinas, bet ir jo sąveika su medžiaga, materija.
Teorija sako, kad jei dėl koherentinio išsisklaidymo įvyksta sąveikos procesas tarp neutrino ir branduolio, tada išsiskiria energija, kuri į branduolį perduodama per Z-bozoną, kuris yra silpnos sąveikos nešėjas. Patobulinti šį procesą labai sunku, nes energijos išsiskyrimas yra labai nereikšmingas. Siekiant padidinti nuoseklaus išsklaidymo tikimybę, kaip taikiniai naudojami sunkieji elementai, visų pirma, cezis, jodas ir ksenonas. Tuo pačiu metu, kuo sunkesnė šerdis, tuo sunkiau nustatyti šį atkrytį, o tai, savo ruožtu, taip pat apsunkina situaciją.
Mokslininkai pasiūlė neutrino išsklaidymui aptikti kriogeninius detektorius, teoriškai galinčius užfiksuoti net paprastosios ir tamsiosios medžiagos sąveiką. Kriogeninis detektorius yra labai šalta kamera, kurios temperatūra yra tik šimtoji laipsnio dalis aukščiau absoliutaus nulio, ir kuri surenka nedidelį šilumos kiekį, kuris išsiskiria branduolių reakcijai su neutriniais. Kaip substratas naudojami kalcio arba germanio volframato kristalai, be to, detektorių vaidmenį galėtų atlikti ir superlaidūs įtaisai, inertiniai skysčiai ar modifikuoti puslaidininkiai.
Atlikę reikiamus skaičiavimus, tyrėjai nustatė, kad idealiausias kandidatas į taikinį yra cezio jodidas su natrio priemaišomis. Būtent šios medžiagos kristalai tapo mažojo detektoriaus pagrindu (jo svoris buvo tik 14 kilogramų, o dydis - 10x30 centimetrų). Šis detektorius buvo sumontuotas SNS neutronų šaltinyje, kuris yra JAV Tenesio valstijoje, Oak Ridžo nacionalinėje laboratorijoje. Detektorius buvo pastatytas į tunelį, ekranuotą betonu ir geležimi, maždaug už dviejų dešimčių metrų nuo šaltinio, kuris atkuria neutronų pluoštus, tačiau tuo pat metu yra šalutinis poveikis - neutrinai.
Dirbtinis SNS šaltinis, priešingai nei natūralūs neutrinų šaltiniai, ypač Žemės atmosfera ar Saulė, yra pajėgus generuoti pakankamai didelį neutrino pluoštą, kad jį būtų galima užfiksuoti detektoriumi, tačiau tuo pačiu metu pakankamai mažas, kad būtų galima nuosekliai išsklaidyti. Kaip pastebi tyrėjai, detektorius ir šaltinis beveik puikiai dera. Cezio jodido molekulės, sąveikaudamos su dalelėmis, virsta scintiliatoriais (kitaip tariant, jos skleidžia energiją šviesos pavidalu). Ir būtent ši šviesa buvo užregistruota. Pagal standartinį modelį, miuoninis neutrinas, elektroninis neutrinas ir miuoninis antineutrinas sąveikauja su kristalu.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Šis atradimas yra svarbus. Ir esmė ne ta, kad mokslininkai dar kartą patvirtino fizinį pasaulio vaizdą, kurį apibūdina standartinis modelis. Vykdydami nuoseklų išsklaidymą, mokslininkai tikisi sukurti specialias priemones ir metodus branduolinių reaktorių stebėjimui, kurie padėtų per sienas pamatyti, kas vyksta viduje. Be to, koherentinis išsisklaidymas vyksta neutronų ir paprastų žvaigždžių viduje, taip pat supernovos sprogimų metu. Taigi, tai suteiks galimybę daugiau sužinoti apie jų struktūrą ir gyvenimą. Mokslininkai žino, kad supernovų žarnyne esantys neutrinai sprogimo metu smogė į išorinį apvalkalą, sudarydami smūgio bangą, kuri žvaigždę suplėšė į gabalus. Dėl nuoseklaus išsklaidymo galima paaiškinti panašią neutrinų ir sprogstančios žvaigždės materijos sąveiką.
Be to, ieškodami WIMP - teorinių tamsiosios medžiagos dalelių - tyrėjai pasikliauja radiacija, atsirandančia dėl jų susidūrimo ir atominių branduolių. Jis turi būti atskirtas nuo fono, sukuriančio nuoseklų neutrinų išsklaidymą. Tai gali pagerinti duomenis, kuriuos galima gauti apie tamsiąsias medžiagas naudojant kriogeninius ir kitus detektorius.