Cel mai mare experiment subteran va dezvălui cea mai eluzivă particulă: neutrino

0

Într-o mină de au abandonată din apropierea localității Deadwood, din South Dakota, a început construcția celui mai mare experiment științific din lume.

Sunt parte dintr-o echipă internațională de aproximativ 1.000 de oameni de știință care s-au întrunit pentru a proiecta și pune în practică acest proiect – the Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) – trad: Experimentul de la adâncime mare cu Neutrino – pentru a studia cea mai întâlnită dar și cea mai greu de prins particulă din Univers.

Realizând acest lucru, facem un pas mai aproape de a înțelege originea materiei și de a completa modelul științific care explică modul în care funcționează Universul. Din această cauză guvernul Marii Britanii a investit 65 milioane de lire sterline, aceasta a doua contribuție ca mărime după SUA.

Fizicienii de particule, cum sunt și eu, sunt fascinați de neutrino datorită proprietăților lor neobișnuite, ce pot fi legate direct de fenomenele care explică structura Universului. Neutrino sunt unele dintre particulele fundamentale ce nu pot fi împărțite în subdiviziuni mai mici. Ele sunt peste tot dar sunt extrem de greu de capturat pentru că aproape nu au masă, nu au sarcină și rareori interacționează cu alte particule.

Aproximativ 100 de miliarde călătoresc prin buricele degetelor noastre în fiecare secundă, însă aproape toate trec prin Pământ fără să lase nicio urmă. Majoritatea acestor neutrino au originea în reacțiile nucleare puternice din Soare. Neutrino provin și din toate razele cosmice ce lovesc atmosfera sau de la stelele care explodează. De asemenea, există o abundență de neutrino produși imediat după nașterea Universului.

Experimentul DUNE de 1.300 km

Asta înseamnă că în momentul în care studiem neutrino și îi comparăm cu ”antineutrino”, am putea să înțelegem ce s-a întâmplat la începutul Universului și că atunci acesta era compus majoritar din materie sau din antimaterie. Experimentele care și-au propus să detecteze neutrino ne-ar putea ajuta  să descoperim dacă protonii se dezintegrează, o dovadă esențială pentru dovedirea unor idei ale oamenilor de știință prin care forțele din fizică pot fi explicate folosind o ”teorie unificată”.

Pentru a face acest lucru, DUNE va ”trage” raze de neutrino de la Fermi National Accelerator Laboratory din Illinois, SUA, de-a lungul unei traiectorii subternae lungi de 1.300 de km. către the Sanford Underground Research Facility din South Dakota. Ca termen de comparație, acceleratorul de particule Large Hadron Collider (CERN) folosit pentru descoperirea Bosonului Higgs, are doar 27 km. în circumferință, chiar dacă particluele din cadrul experimentului DUNE vor călători prin pământ și nu printr-un tunel construit de oameni.

Detectarea particulelor neutrino

Neutrino sunt de trei tipuri sau ”nuanțe” după cum și denumite: electron-neutrino, muon-neutrino și tau-neutrino. Majoritatea particulelor care vor porni de la Fermilab vor fi muon-neutrino, însă acest lucru sep oate schimba sau pot ”oscila”, pe măsură ce aceștia călătoresc. Detectarea acestor oscilații este acel lucru care va oferi răspunsuri definitive în legătură cu natura neutrino și rolul acestora în Univers.

Neutrino pot fi detectați prin înregistrarea luminii, a sarcinii și atipului de particule pe care acestea le produc în contact cu anumite lichide. Pe măsură ce fiecre neutrino ajunge, el va crea o particulă ce corespunde unei nunațe. Un electron-neutrino, de exemplu, va produce un electron, în timp ce un muon-neutrino va crea un muon. Dacă putem detecta electroni atunci știm că muon-neutrino și-au schimbat nuanța în timpul călătoriei.

DUNE va folosi 4 rezervoare mari, fiecare conținând 10.000 de tone de argon lichid păstrat la o temperatură de -186℃, pentru a detecta neutrino cu o precizie mult mai mare decât în cazul experimentelor precedente, în care s-au folosit rezervoare mai mici pline cu apă. Experimentul trebuie să se desfășoare la 1,6 km sub pământ pentru a proteja detectoarele de ploia de semnale neutrino provenite din radiațiile cosmice ce bombardează Pământul.

Sensibilitatea uriașă realizată cu această metodă va ajuta și la detectarea erupțiilor de neutrino din spațiul cosmic. De exemplu, în 1987, o supernovă apropiată a făcut ca toate detectoarele de neutrino din lume să înregistreze 25 de evenimente neutrino în total. DUNE va putea observa mii de neutrino împrăștiindu-se pe o perioadă de aproximativ 10 secunde pentru o supernovă similară. Analiza compoziției și a structurii temporale a unui asemenea puls de neutrino ar putea revoluționa înțelegerea supernovelor și a proprietăților neutrino.

Rezolvarea misterului antimateriei

Toate acestea ar trebui sa ne ajute să descoperim răspunsul la mai multe întrebări cheie despre neutrino, de exemplu în legătura cu masa lor. Neutrino sunt atât de mici încât masa lor probabil că nu este creată de Bosonii Higgs, descoperiți recent de către CERN, la fel și în cazul majorității particulelor esențiale. În schimb, masa lor poate proveni din neutrino parteneri foarte grei, care se dezintegrează rapid după formare.

Acești neutrino parteneri ar fi putut juca un rol cheie în evoluția primară a Universului și ar putea ajuta la explicarea faptului că exită atât de multă materie față de antimaterie, în Univers. DUNE ne va ajuta să vedem dacă neutrino și echivalenții lor de antimaterie, anti-neutrino, se comportă la fel, oferind dovezi suplimentare pentru elucidarea dominației materiei asupra anti-materiei.

Deoarece cantitățile mari de argon din detectoare conțin mulți protoni, DUNE este un experiment ideal pentru descoperirea dezintegrării protonilor. În cadrul ”modelului standard” actual al fizicii ce descrie toate particulele fundamentale, este imposibil ca protonii să se dezintegreze. Însă mulți dintre susținătorii teoriilor științifice unificate care se întâlnesc pentru a explica toate forțele din Univers (în fara gravitației) prezic faptul că protonii se dezintegrează, doar că într-un ritm extrem de lent.

Până în acest moment nu avem dovezi ale degradării protonilor, dar dacă acestea au loc, atunci DUNE ar trebui să poată să identifice acest proces și să îl localizeze în argonul lichid cu o precizie de milimetri. În acest fel putem demonstra dacă vreuna dintre teoriile unificate sunt corecte sau nu și, mai mult decât atât, să descoperim noi dovezi legate de dominația materiei asupra antimateriei.

Noile fonduri, împreună cu efortul combinat al oamenilor de știință de pe întregul mapamond, ne vor oferi șansa primelor rezultate de la DUNE în 2024. Asta înseamnă că în următoarea decadă am putea să rezolvăm unele dintre cele mai mistere ale Universului.

sursa: https://theconversation.com/were-building-a-1-300km-long-underground-science-experiment-to-study-the-worlds-most-elusive-particles-84454Află cum să scapi de oboseală și să-ți crești nivelul de vitalitate

Share.

About Author

Razvan este arhitect, ca si formare, un spirit-ghid, ca si chemare.

Leave A Reply

Citește articolul precedent:
Conexiune

Te simt. Știu că ești acolo, privind, simțind, fiind. Te văd dincolo de ecran, pătruns de frumusețe și de sunet....

Închide