Teadlastel õnnestus aega petta ja kummitusosake tabada
Vene füüsikutel õnnestus koos Ameerika kolleegidega leida kinnitus peaaegu poole sajandi pikkustele ennustustele, et nn kummitusosakestega neutriino interakteerub tavalise ainega. On tehtud uuring, mis aitab luua seadme, mis näeb läbi tuumareaktorite, samuti saab teada, millised protsessid toimuvad supernoovade sees.
Aastal 1974 avaldati teadlaste seas teooria neutriinode ja mateeria vahel mingil teadmata viisil toimuva koostoime võimalikkuse kohta. Need elementaarosakesed, mis on miljonid korrad elektronist kergemad, võivad vabalt planeete läbida. Perioodiliselt toimuvad kokkupõrked aatomituumadega ja neutriinod interakteeruvad mõne neutroni ja prootoniga. Kuid neli aastakümmet tagasi tegid teadlased eelduse, et neutriino ja tuuma vahel tervikuna on võimalik interaktsioon. Seda mehhanismi nimetatakse tuumade koherentseks neutriinohajumiseks. See pakuti välja elektrihändude interaktsioonide standardmudeli üheks komponendiks, kuid seni pole seda eksperimentaalselt kinnitatud.
Elektrivoolu interaktsioon on mitmete põhiliste koosmõjude üldine kirjeldus - elektromagnetiline ja nõrk. Üldiselt on aktsepteeritud, et pärast seda, kui Universum jõudis temperatuurini umbes 1015 kelvinit (ja see juhtus peaaegu kohe pärast Suurt Pauku), olid need interaktsioonid üks tervik. Nõrgad jõud avalduvad erinevalt elektromagnetilisest aatomituuma suuruse suhtes palju väiksemas mahus. Need võimaldavad tuuma beeta lagunemist, mille käigus on võimalik vabastada mitte ainult neutrinoid, vaid ka antineutrinosid. Samal ajal ei teki elektrivälja interaktsiooni teooria kohaselt mitte ainult neutriino, vaid ka selle interaktsiooni ainega, mateeriaga.
Teooria ütleb, et kui neutriino ja tuuma vahel toimub koherentse hajumise tõttu interaktsiooniprotsess, siis vabaneb energia, mis kantakse tuumasse läbi Z-bosoni, mis on nõrga interaktsiooni kandja. Seda protsessi on väga raske fikseerida, kuna energia eraldumine on väga ebaoluline. Koherentse hajumise tõenäosuse suurendamiseks kasutatakse sihtmärkidena raskeid elemente, eriti tseesiumi, joodi ja ksenooni. Samal ajal, mida raskem tuum, seda keerulisem on seda tagasilööki tuvastada, mis omakorda raskendab ka olukorda.
Teadlased tegid ettepaneku kasutada neutriino hajumise tuvastamiseks krüogeenseid detektoreid, mis on teoreetiliselt võimelised salvestama isegi lihtsa mateeria ja tumeaine koostoimimist. Krüogeenne detektor on väga külm kamber, mille temperatuur on vaid saja kraadiga üle absoluutse nulli ja mis hõivab vähest soojust, mis vabaneb, kui tuumad reageerivad neutriinodega. Substraadina kasutatakse kaltsiumi või germaaniumvolframaadi kristalle, lisaks võivad detektorite rolli mängida ka ülijuhtivad seadmed, inertsed vedelikud või modifitseeritud pooljuhid.
Pärast vajalike arvutuste tegemist leidsid teadlased, et sihtmärgi ideaalne kandidaat on tseesiumjodiid naatriumi lisanditega. Just selle aine kristallid said väikese detektori aluseks (selle kaal oli vaid 14 kilogrammi ja suurus 10x30 sentimeetrit). See detektor paigaldati SNS-i neutroniallikale, mis asub USA-s Tennessee osariigis Oak Ridge'i riiklikus laboris. Detektor pandi allikast umbes kahe tosina meetri kaugusel betooni ja rauaga varjatud tunnelisse, mis reprodutseerib neutronkiiri, kuid samal ajal on sellel ka kõrvalmõju - neutrinod.
Kunstlik SNS-i allikas on vastupidiselt looduslikele neutriinoallikatele, eriti Maa atmosfäärile või Päikesele, võimeline tootma piisavalt suurt neutriinokiirt, et detektor jäädvustada, kuid samal ajal piisavalt väike, et tekitada sidusat hajumist. Nagu teadlased märgivad, sobivad detektor ja allikas peaaegu ideaalselt kokku. Tseesiumjodiidi molekulid muutuvad osakeste vastasmõjul stsintillaatoriteks (teisisõnu, nad eraldavad energiat valguse kujul). Ja just see tuli registreeriti. Standardmudeli kohaselt olid müoonne neutriino, elektronneutriino ja müooniline antineutrino interaktsioonis kristalliga.
Reklaamvideo:
See avastus on oluline. Ja asi pole sugugi selles, et teadlased on veel kord kinnitanud maailma füüsilist pilti, mida standardmudel kirjeldab. Ühtse hajumise kaudu loodavad teadlased töötada välja konkreetsed tööriistad ja tehnikad tuumareaktorite jälgimiseks, mis aitaksid seinte kaudu näha, mis toimub sees. Lisaks toimub koherentne hajumine neutronite ja tavaliste tähtede sees, samuti supernoova plahvatuste ajal. Seega annab see võimaluse nende struktuuri ja elu kohta rohkem teada saada. Teadlased teavad, et supernoovade soolestikus olevad neutriinod tabasid plahvatuse ajal väliskesta, moodustades lööklaine, mis rebib tähe tükkideks. Ühtse hajumise tõttu on seletatav sarnane koostoime neutriinode ja plahvatava tähe aine vahel.
Lisaks tuginevad teadlased WIMP-de - tumeaine teoreetiliste osakeste - otsimisel kiirgusele, mis tuleneb nende kokkupõrkest ja aatomituumadest. Seda tuleb eristada taustast, mis loob sidusa neutriino hajumise. See võib parandada andmeid, mida on võimalik saada krüogeensete ja muude detektorite abil tumeda aine kohta.
