Ένα βήμα πιο κοντά στην ανίχνευση αρχέγονων νετρίνων

Η άμεση μέτρηση του κοσμικού υποβάθρου νετρίνων (CνB) που θα μας αποκαλύψει πτυχές της αρχέγονης ιστορίας του σύμπαντος, αποτελεί ένα από τα πιο δύσκολα προβλήματα της πειραματικής φυσικής.

Καλλιτεχνική αναπαράσταση του πειράματος KATRIN. Τα ισότοπα τριτίου υφίστανται βήτα διάσπαση και εκπέμποντας ηλεκτρόνια και νετρίνα. Στη συνέχεια, τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται σε ένα τεράστιο φασματόμετρο που καταγράφει το ενεργειακό τους φάσμα. Το σχήμα αυτού του φάσματος εξαρτάται από τη μάζα των νετρίνων

Μαζί με το κοσμικό υπόβαθρο της μικροκυματικής ακτινοβολίας υπάρχει και το κοσμικό υπόβαθρο νετρίνων (CνB), που συνίσταται από τα νετρίνα που περίσσεψαν από την Μεγάλη Έκρηξη και κυκλοφορούν μέχρι σήμερα ανάμεσά μας. Το αρχέγονο σύμπαν περιείχε ηλεκτρόνια, ποζιτρόνια, φωτόνια και νετρίνα σε θερμική ισορροπία μεταξύ τους.  Ένα δευτερόλεπτο μετά την Μεγάλη Έκρηξη, πραγματοποιήθηκε η αποδέσμευση των νετρίνων από την ύλη καθώς στο σύμπαν βίωνε την λεγόμενη εποχή της ακτινοβολίας, όταν η θερμοκρασία του ήταν 1010Kelvin (που ισοδυναμεί σε ενέργεια σωματιδίων περίπου 1 MeV). Σήμερα εξαιτίας της διαστολής και της αντίστοιχης ψύξης του σύμπαντος η θερμοκρασία στην οποία αντιστοιχούν τα αρχέγονα νετρίνα είναι περίπου 1,95 Kelvin και η μέση πυκνότητά τους είναι 340 νετρίνα ανά κυβικό εκατοστό ή 56 νετρίνα του ηλεκτρονίου ανά κυβικό εκατοστό. Η πειραματική ανακάλυψη του κοσμικού υποβάθρου των νετρίνων θα είναι ένα από τα σημαντικότερα επιστημονικά επιτεύγματα στην ιστορία της επιστήμης. Η μάζα των νετρίνων υπεισέρχεται στα κοσμολογικά μοντέλα ως παράμετρος και έτσι προκύπτει η θεωρητική κοσμολογική εκτίμηση του άνω ορίου των 0,6 eV.

Τα αρχέγονα νετρίνα υποβάθρου πιστεύεται ότι συγκεντρώνονται κοντά σε γαλαξίες, σαν τον δικό μας. Όταν αυτή η συγκέντρωση υπερβαίνει μια ορισμένη τιμή, γνωστή ως υπερπυκνότητα, τότε οι ερευνητές προβλέπουν ότι τα σωματίδια θα πρέπει να παράγουν ένα σήμα ανιχνεύσιμο στη Γη. Παρότι οι ερευνητές είναι βέβαιοι ότι αυτό το σήμα παράγεται, δεν κατάφεραν ακόμα να το καταγράψουν στα πειράματά τους. Κάνοντας ένα βήμα προς αυτόν τον στόχο, ο Thierry Lasserre και οι συνεργάτες του έχουν βελτιώσει τους περιορισμούς στην υπερπυκνότητα των αρχέγονων κοσμικών νετρίνων, ένα αποτέλεσμα που αυξάνει τις πιθανότητες ανίχνευσης του κοσμικού υποβάθρου των νετρίνων

Για να βελτιώσουν τον περιορισμό, ο Lasserre και οι συνεργάτες του ανέλυσαν μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν στο πείραμα Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment (KATRIN), στη Γερμανία.

Στο πείραμα KATRIN χρησιμοποιοιείται η πιο έντονη πηγή ραδιενέργειας βήτα στον κόσμο από 200μg τριτίου (^{3}H \longrightarrow \, ^{3}He + e^{-} + \bar{\nu}_{e}), σε ένα γιγάντιο φασματόμετρο σχήματος ‘αερόπλοιου’ με εξαιρετική ανάλυση της ενέργειας ηλεκτρονίων και τις κατάλληλες ρυθμίσεις για την μείωση των ανεπιθύμητων γεγονότων υποβάθρου.

Τα αρχέγονα νετρίνα προβλέπεται να αλληλεπιδράσουν με το τρίτιο, προκαλώντας ένα καλά καθορισμένο σήμα ηλεκτρονίων στην ουρά του φάσματος της διάσπασης βήτα του τριτίου.

Ξεκινώντας το 2019, η KATRIN άρχισε να μετρά με υψηλή ακρίβεια το φάσμα της βήτα διάσπασης του τριτίου και ο Lasserre με τους συνεργάτες του αναζητούν σ’ αυτό το φάσμα για ίχνη αλληλεπίδρασης των αρχέγονων νετρίνων με το τρίτιο. Αν και η ερευνητική ομάδα δεν έχει εντοπίσει μέχρι στιγμής τέτοιο σήμα, κατάφερε όμως να βελτιώσει 100 φορές την ακρίβεια των περιορισμών στην υπερπυκνότητα των αρχέγονων νετρίνων. Ενώ τα προηγούμενα πειράματα έθεταν το ανώτερο όριο αυτής της υπερπυκνότητας στα δέκα τρισεκατομμύρια, ο Lasserre και οι συνεργάτες του το μέιωσαν στα εκατό δισεκατομμύρια.

Αν και ο Lasserre αναγνωρίζει ότι οι φυσικοί απέχουν ακόμη δεκαετίες από την παρατήρηση ενός άμεσου σήματος αρχέγονων νετρίνων, υποστηρίζει πως η εργασία του αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό βήμα προς την αναζήτηση του ιερού δισκοπότηρου της φυσικής των νετρίνων.

πηγές: A Step Closer to Detecting Ancient Neutrinos Μίκρυνε το μέγιστο όριο στη μάζα των νετρίνων



Κατηγορίες:ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑ, ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ, ΣΥΜΠΑΝ

Ετικέτες: , , ,

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

Ο ιστότοπος χρησιμοποιεί το Akismet για την εξάλειψη των ανεπιθύμητων σχολίων. Μάθετε πως επεξεργάζονται τα δεδομένα των σχολίων σας.

Αρέσει σε %d bloggers: