Zinātniekiem izdevās maldināt laiku un noķert spoku daļiņu
Krievu fiziķi kopā ar saviem amerikāņu kolēģiem spēja atrast apstiprinājumu gandrīz pusgadsimtu ilgajām prognozēm, ka neitrīnu tā saucamā "spoku daļiņa" mijiedarbojas ar parasto matēriju. Ir veikts pētījums, kas var palīdzēt izveidot ierīci, kas var redzēt caur kodolreaktoriem, kā arī uzzināt, kādi procesi notiek supernovu iekšienē.
1974. gadā zinātnieku vidū tika izteikta teorija par iespēju nezināmā veidā mijiedarboties starp neitrīniem un matēriju. Šīs elementārās daļiņas, miljoniem reižu vieglākas par elektronu, var brīvi iziet cauri planētām. Periodiski notiek sadursmes ar atomu kodoliem, un neitrīni mijiedarbojas ar dažiem neitroniem un protoniem. Bet pirms četrām desmitgadēm zinātnieki izteica pieņēmumu, ka ir iespējama mijiedarbība starp neitrīno un kodolu kopumā. Šo mehānismu sauc par koherentu neitrīno izkliedi uz kodoliem. Tas tika ierosināts kā viens no elektriskā signāla mijiedarbības standarta modeļa komponentiem, taču līdz šim tas nav apstiprināts eksperimentāli.
Elektrisko signālu mijiedarbība ir vispārīgs vairāku būtisku mijiedarbību apraksts - elektromagnētisks un vājš. Ir vispārpieņemts, ka pēc tam, kad Visums sasniedza aptuveni 1015 kelvinu temperatūru (un tas notika gandrīz tūlīt pēc Lielā sprādziena), šī mijiedarbība bija vienots veselums. Vājie spēki, atšķirībā no elektromagnētiskajiem, izpaužas daudz mazākā mērogā attiecībā pret atoma kodola lielumu. Tie nodrošina kodola beta sabrukšanu, kurā ir iespējams atbrīvot ne tikai neitrīnus, bet arī antineutrīnus. Tajā pašā laikā saskaņā ar elektropreces mijiedarbības teoriju rodas ne tikai neitrīns, bet arī tā mijiedarbība ar matēriju, matēriju.
Teorija saka, ka, ja koherentās izkliedes dēļ notiek neitrīno un kodola mijiedarbības process, šajā gadījumā notiek enerģijas izdalīšanās, kas kodolā tiek nodota caur Z-bozonu, kas ir vājas mijiedarbības nesējs. Šo procesu ir ļoti grūti salabot, jo enerģijas izdalīšanās ir ļoti nenozīmīga. Lai palielinātu koherentās izkliedes varbūtību, par mērķiem tiek izmantoti smagie elementi, it īpaši cēzijs, jods un ksenons. Tajā pašā laikā, jo smagāks ir kodols, jo grūtāk ir atklāt šo atsitienu, kas, savukārt, arī sarežģī situāciju.
Zinātnieki ierosināja neitrīno izkliedes noteikšanai izmantot kriogēnus detektorus, kas teorētiski spēj reģistrēt pat vienkāršās vielas un tumšās vielas mijiedarbību. Kriogēnais detektors ir ļoti auksta kamera ar temperatūru tikai simtdaļas virs absolūtās nulles un uztver nelielu siltuma daudzumu, kas izdalās kodolu reakcijas laikā ar neitrīniem. Kā substrāts tiek izmantoti kalcija vai germānija volframāta kristāli, turklāt detektoru lomu varētu spēlēt arī supravadīšanas ierīces, inerti šķidrumi vai modificēti pusvadītāji.
Pēc nepieciešamo aprēķinu veikšanas pētnieki atklāja, ka ideālais mērķa kandidāts ir cēzija jodīds ar nātrija piemaisījumiem. Tieši šīs vielas kristāli kļuva par mazā detektora pamatu (tā svars bija tikai 14 kilogrami, bet izmērs - 10x30 centimetri). Šis detektors tika uzstādīts SNS neitronu avotā, kas atrodas ASV Tenesī štatā, Oak Ridžas Nacionālajā laboratorijā. Detektors tika ievietots tunelī, kas ekranēts ar betonu un dzelzi, apmēram divdesmit metru attālumā no avota, kas reproducē neitronu starus, bet tajā pašā laikā ir arī blakus efekts - neitrīni.
Mākslīgais avots SNS, atšķirībā no dabiskajiem neitrīno avotiem, it īpaši Zemes atmosfēras vai Saules, spēj radīt pietiekami lielu neitrīno staru kūli, lai to uztvertu detektors, bet tajā pašā laikā pietiekami mazs, lai izraisītu sakarīgu izkliedi. Kā atzīmē pētnieki, detektors un avots gandrīz lieliski sader kopā. Cēzija jodīda molekulas, mijiedarbojoties ar daļiņām, tiek pārveidotas par scintilatoriem (citiem vārdiem sakot, tās atkārtoti izstaro enerģiju gaismas formā). Un tieši šī gaisma tika reģistrēta. Saskaņā ar standarta modeli, mūkoniskais neitrīno, elektronu neitrīno un mūkoniskais antineutrino nonāk mijiedarbībā ar kristālu.
Reklāmas video:
Šis atklājums ir svarīgs. Un nebūt nav tā, ka zinātnieki vēlreiz ir apstiprinājuši pasaules fizisko ainu, ko apraksta standarta modelis. Izmantojot saskaņotu izkliedi, zinātnieki cer izstrādāt īpašus instrumentus un paņēmienus kodolreaktoru uzraudzībai, lai palīdzētu caur sienām redzēt, kas notiek iekšpusē. Turklāt koherentā izkliede notiek neitronu un parasto zvaigžņu iekšpusē, kā arī supernovas sprādzienu laikā. Tādējādi tas dos iespēju uzzināt vairāk par viņu struktūru un dzīvi. Zinātnieki zina, ka supernovu zarnās esošie neitrīni sprādziena laikā skāra ārējo apvalku, veidojot triecienvilni, kas zvaigzni sadala gabalos. Saskaņotās izkliedes dēļ var izskaidrot līdzīgu neitrīno un zvaigznes sprādziena mijiedarbību.
Turklāt, meklējot WIMP - tumšās vielas teorētiskās daļiņas - pētnieki paļaujas uz starojuma noteikšanu, kas rodas no viņu sadursmes un atomu kodoliem. Tas ir jānošķir no fona, kas rada saskaņotu neitrīno izkliedi. Tas var uzlabot datus, ko var iegūt par tumšo vielu, izmantojot kriogēnus un citus detektorus.