Десятиліттями фізики марно ламають голову над фундаментальним запитанням: «Чому існують люди, Земля й Всесвіт?». І, принаймні, ще якийсь час ця головоломка залишатиметься нерозгаданою. Експерименти, які тривали 2 роки за участі підземної нейтринної обсерваторії, не підтвердили існування феномену, що міг би пояснити походження всього сущого – ферміонів Майорани. Науковці не впадають у відчай і, щоб розгадати загадку, пропонують зосередитися на перевірці альтернативних гіпотез.
На фото ксенонову нейтринну обсерваторію «EXO-200» поміщають у кріостат, що на глибині 650 м. під землею. Впродовж 2 років вона зафіксувала більше, ніж 60 тис. бета-розпадів, і жоден з них не мав ознак безнейтринного.
Відомо, що Всесвіт складається з крихітних субатомних частинок. У кожної частинки матерії існує «двійник з задзеркалля» антиматерії – ідентичний за структурою, але цілком протилежний за властивостями. Коли частинки зустрічаються з античастинками, відбувається анігіляція, яку супроводжують спалахи світла.
Згідно з популярним серед фізиків трактуванням, відразу після Великого вибуху (завдяки якому виник Усесвіт) існувала виключно енергія. Проте зі зниженням температури почала утворюватися речовина й антиречовина – в однаковій кількості.
Якщо твердження Стандартної моделі – провідної теорії у фізиці частинок, що пояснює процеси в субатомному світі – відповідають дійсності, то «логічно було припустити, що обсяги матерії й антиматерії повинні виявитися ідентичними», – розповідає Міхаель Маріно, фізик з Мюнхенського технічного університету (Німеччина) в інтерв'ю для «Live Science».
Потім ці частинки анігілювали б, вивільнивши потоки фотонів. Отже, практично не залишилося би субстанції для утворення зірок, галактик і всього іншого. Але більшість Усесвіту все-таки складається з речовини, антиречовини ж існує напрочуд мало. Науковцям не дає спокою запитання: чому так?
Щоб пояснити домінування матерії, чимало вчених взяли на озброєння ідею, яку вперше висунув італійський фізик Етторе Майорана в 30-х роках ХХст. Науковець висловив припущення: нейтрино – крихітні, незаряджені елементарні частинки, які надзвичайно слабо взаємодіють з речовиною – можуть виступати в ролі своєї ж антиматерії.
Якщо нейтрино й справді мають такі властивості (іншими словами, якщо вони є «ферміонами Майорани», тоді, теоретично, мусить відбуватися процес, відомий як «безнейтринний подвійний бета-розпад». Він полягає в тому, що нестабільне атомне ядро, яке складається з протонів і нейтронів, втрачає два нейтрони. Вони в свою чергу перетворюються на протони, вивільняючи два електрони й два антинейтрино. Якщо нейтрино є своїми ж античастинками, то інколи вони взаємно анігілюють, залишаючи після розпаду лише два електрони.
Науковці з Обсерваторії збагаченого ксенону («EXO-200») в штаті Нью-Мексико (США) витратили 2 роки на пошуки безнейтринного розпаду. Результати їхніх досліджень минулого тижня опублікував журнал «Nature». Міхаель Маріно став одним зі співавторів публікації.
Для експерименту вчені обрали нестабільний радіоактивний ізотоп ксенону із 136 нейтронами. Речовину помістили в спеціальний контейнер-детектор, що дав змогу слідкувати за процесами атомного розпаду. За допомогою кріостату газ у детекторі підтримували в рідкому стані; всього використали 200 кг. радіоактивної рідини. Щоб космічні випромінювання не перешкоджали спостереженням, обсерваторію сховали під землю, на глибину 650 м.
Кожен розпад ярда ксенону-136 супроводжували спалах світла та збільшення електричного заряду. Аналізуючи, як відбувається виділення фотонів і скільки при цьому вивільняється енергії, команда могла з великою часткою ймовірності встановити, чи мав місце безнейтринний подвійний бета-розпад.
Дослідження Маріно та його колег поставило під великий сумнів достовірність гіпотези Майорани, хоча повністю її й не спростувало. Впродовж 2 років абсерваторія «EXO-200» зафіксувала більше, ніж 60 тис. бета-розпадів, і жоден з них не мав ознак безнейтринного.
"Якщо безнейтринний розпад все ж таки існує, то він настільки рідкісний, що період напіврозпаду триває в мільйон мільярдів разів довше, ніж вік Усесвіту», – пояснює отримані результати Маріно.
Однак науковці ще не поспішають ставити хрест на полюванні за невловимими ферміонами Майорани: кілька інших проектів все ще продовжують експерименти.
На щастя, «узгодити» Стандартну модель з фактом величезного переважання речовини над антиречовиною можна не лише за допомогою ефемерних нейтрино. Фізики також шукають підтвердження тому, що розподіл позитивного й негативного зарядів у нейтроні викривлений, отже зумовлює так званий «електричний дипольний момент». «Попереду – тривалі пошуки, але ідея захоплює», – зізнався Маріно.
Зреферував Олег КАЧАН
Оригінал за посиланням http://www.livescience.com
11.06.2014