Hunt For, Hvorfor Vi Eksisterer, Ændrer Sig Til Weird Atomic Decay

{h1}

Fysikere forsøger at fange atomer i det elusive dobbelt-beta henfald, hvilket kunne fortælle os hvorfor der er noget her overhovedet.

En aldrig tidligere set type radioaktivitet kunne forklare, hvorfor der er tale om materiel, herunder mennesker, i dag. Og nu har et team af fysikere lanceret et forsøg for at finde oddball fænomenet.

Da universet først dannede omkring 13,7 milliarder år siden, siger nuværende teorier, at lige store mængder materie og dets bizarre fætter, antimatter, burde have været produceret under Big Bang. Fysikere ved, at når de to kommer i kontakt, udsletter de hinanden - poof. Hvis det var tilfældet, skal der dog ikke eksistere undtagen fotoner og neutrinoer. Og alligevel er vi her. Beregninger viser, at der var en lille smule mere sagen end antimateriel - nok, så tingene eksisterer - men hvorfor?

En måde at forklare denne materie-antimatter-asymmetri på er at se efter en forskel mellem de to, foruden ladning, der kunne forklare materielle fordele. Det er et stort spørgsmål i nutidens fysik, for ellers er det vigtigt, at antimatteren pr. Moderne teorier opfører sig på samme måde. [De 18 største uløste mysterier i fysik]

Rare neutrinos

I denne nye undersøgelse søger fysikere såkaldt neutrinoløst dobbelt-beta-forfald. Normalt vil nogle ustabile kerner af radioaktive atomer miste en neutron via beta henfald - neutronen transformeres til en proton ved at frigive en elektron og en lille partikel kaldet en elektronantineutrino. Et spejlbillede kan også forekomme, hvor en proton bliver til en neutron, der frigiver en positron og en elektronnutrino - den normale materielle modsætning til antineutrino. Double-beta decay sker, når to elektroner og to antineutrinos (antimatter-modparterne af neutrinos) frigives: i grunden sker beta-forfaldet to gange. Forskere har længe teoretiseret en neutrinoløs version af denne proces - noget, der ville tyde på, at de to neutrinor udslettet hinanden, før de blev frigivet fra atomet. I det væsentlige opfører neutrino sig som sin egen antimatter søskende.

(Partikler af materie, der er deres egne antipartikler, kaldes Majorana fermioner, efter den italienske fysiker Ettore Majorana, der hypotesiserede deres eksistens i 1937.)

Hvis neutrinos og antineutrinos opfører sig forskelligt fra hinanden, kan det være med til at forklare, hvorfor alt materie ikke blev udslettet på det øjeblik universet blev dannet. [5 eksklusive partikler der kan lure i universet]

Påvisning af henfald

At finde denne ulige begivenhed er dog svært at gøre, fordi der er så mange baggrunde "støj", sagde Bernhard Schwingenheuer, talsmand for GERMANDI DETECTOR ARRAY (GERDA) -samarbejdet. Baggrunden "støj" kommer stort set fra kosmiske stråler.

I eksperimentet måtte fysikere redegøre for baggrundsstøj, hovedsagelig fra kosmiske stråler. Så de dækkede de indre vægge af vandtanken omkring væsken argon med en reflekterende folie for at forbedre lysdetektering og muliggøre identifikation af kosmiske muoner (dannet, når kosmiske stråler interagerer med Jordens atmosfære).

I eksperimentet måtte fysikere redegøre for baggrundsstøj, hovedsagelig fra kosmiske stråler. Så de dækkede de indre vægge af vandtanken omkring væsken argon med en reflekterende folie for at forbedre lysdetektering og muliggøre identifikation af kosmiske muoner (dannet, når kosmiske stråler interagerer med Jordens atmosfære).

Kredit: K. Freund / GERDA samarbejde

Så vendte fysikerne sig til GERDA. Beliggende i et underjordisk laboratorium i Italien består GERDA-eksperimentet af detektorer i et bad af flydende argon, der er beriget med isotopen germanium-76, som er let radioaktiv. Den har en halveringstid på 1,78 x 1021 år (eller 1,78 milliarder trillioner år) - hvilket betyder at det tager så lang tid for halvdelen af ​​dets atomer at blive selen, hvilket er mange størrelsesordener længere end universets 14-milliarder år gamle.

Normalt udsender germanium to elektroner og to elektronantineutriner - den almindelige dobbelt-beta-proces - når den forvandles via dens langsomme henfald. Fysikerne ønskede at se om dette nogensinde sker uden at frigive neutrinerne: det længe søgte neutrinoløse dobbelt-betabedfald.

Med en så lang halveringstid kan man måske tro at det ville tage for lang tid at se dette ske, men en halveringstid er et probabilistisk fænomen. Derfor brugte eksperimenterne nogle 84 pund. af germanium blandet med flydende argon: der giver ca. 4,5 x 1025 (eller 45 billioner trillioner) atomer, hvilket betyder at mindst et par af dem skal gennemgå forfaldet, mens forskerne ser på.

GERDA-holdet indsamlede data i cirka syv måneder fra december 2015 til juni 2016. De fandt ikke forfaldet, men de kunne lægge en lavere grænse for, hvor ofte forfaldet sker: Det har en halveringstid på 5,3 x 1025 år, hvilket betyder at du ville have en 50-50 chance for at se et enkelt atom gøre det i så lang tid.

Udvidelse af standardmodellen

Hvis de finder det, ville det betyde, at neutrinoer er deres egen antipartikel, som fotoner - det neutrinoløse forfald kunne ikke ske, medmindre det var tilfældet. Det betyder også, at denne form for radioaktivt henfald ikke er symmetrisk. Husk at betabedgang har et spejlbillede - enten elektroner og antineutriner eller positroner og neutrinos udledes. Hvis dobbelt-beta-forfaldet ikke er symmetrisk, betyder det, at neutrin og antineutrinos opfører sig anderledes. Dette gælder ikke for andre slags partikel-antipartikelpar, så vidt som alle ved.

Dette fænomen vil påvirke standardmodellen, som har været en vildt succesfuld måde at beskrive partikelfysik på, men det er klart ufuldstændigt. Modellen forudsagde eksistensen af ​​Higgs bosonpartiklen.Schwingenheuer bemærkede dog, at der er tegn på, at neutrinos har en lille masse (kun opdaget i 1998, som vandt Nobel i 2015) og at der findes et mørkt stof - hvilket indikerer, at standardmodellen ikke er det sidste ord.

"Hvis der observeres neutrinoløst dobbelt-beta-forfald, hjælper det med at løse et par problemer," siger Philip Barbeau, en assisterende professor i fysik ved Duke University i en email til WordsSideKick.com. "For det hjælper det med at forklare materie-antimatter-asymmetrien i universet, og det hjælper også med at forklare, hvorfor neutrino-masserne er så overraskende små. Vi vil også få en ide om neutrino-masserne, da nedfaldshastigheden er relateret til masseskala af neutrinerne. "

Spørgsmålet bliver så, hvilken slags fysik der ligger ud over det. GERDA-eksperimentet har endnu ikke afsløret det forfald, forskerne søger, men det betyder ikke, at det ikke vil i fremtiden, sagde Schwingenheuer. Og det ville være svært at udelukke det helt, for det er muligt, at tidsskalaen er lige længere, end de tror. Lige nu har de sat en lavere grænse for halveringstiden for dette henfald, men yderligere eksperimentelle kørsler kunne skubbe dette nummer op.

Hvad angår hvad der sker, hvis de ikke ser det ulige henfald efter mange løb, sagde Barbeau, at det måske ikke er en deal breaker for nye modeller. "Vi går ikke tilbage til tegnebrættet ud fra de underliggende teoriers synspunkt. Vi ved bare ikke, om neutrinoer er Majorana eller ej."

Forskningen er detaljeret i den 6. april udgave af tidsskriftet Nature.

Originalartikel om WordsSideKick.com.


Video Supplement: What is Dark Matter and Dark Energy?.




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com