Από αγάπη για τα νετρίνα

Το πείραμα CUPID-0 παρουσίασε έναν ανιχνευτή νέας τεχνολογίας που στοχεύει στην διερεύνηση της διπλής διάσπασης βήτα χωρίς νετρίνα.

Η ραδιενέργεια βήτα είναι μια διαδικασία κατά την οποία στο εσωτερικό του πυρήνα ένα νετρόνιο μετατρέπεται σε πρωτόνιο εκπέμποντας ένα ηλεκτρόνιο και ένα αντι-νετρίνο του ηλεκτρονίου: n \rightarrow p + e^{-} + \bar{\nu}_{e}
ή ένα πρωτόνιο μετατρέπεται σε νετρόνιο εκπέμποντας ένα ποζιτρόνιο και ένα νετρίνο του ηλεκτρονίου: p \rightarrow n + e^{+} + \nu_{e}
Τι είναι όμως η διπλή διάσπαση β χωρίς την εκπομπή νετρίνων;

H ιδέα της διπλής διάσπασης βήτα προτάθηκε για πρώτη φορά από την Maria Goeppert-Mayer το 1935 (η Mayer είναι γνωστή στην πυρηνική φυσική από το μοντέλο φλοιών για το οποίο βραβεύθηκε με το Νόμπελ φυσικής το 1963.)

Το 1937 ο θεωρητικός Ettore Majorana απέδειξε ότι όλα τα αποτελέσματα της θεωρίας της διάσπασης β παρέμεναν αναλλοίωτα αν το νετρίνο ταυτιζόταν με το αντισωματίδιό του, ενώ το 1939, ο Wendell H. Furry πρότεινε για πρώτη φορά, ότι αν το νετρίνο ήταν ένα σωματίδιο Majorana τότε η διπλή βήτα διάσπαση θα μπορούσε να πραγματοποιηθεί χωρίς την εκπομπή κάποιου νετρίνου.

Διάγραμμα Feynman για την διπλή βήτα διάσπαση χωρίς εκπομπή νετρίνων, κατά την οποία δυο νετρόνια μετατρέπονται σε πρωτόνια. Τα μόνα εκπεμπόμενα προϊόντα είναι δυο ηλεκτρόνια, τα οποία μπορούν να προκύψουν αν το νετρίνο και το αντινετρίνο είναι το ίδιο σωματίδιο (νετρίνο Majorana), έτσι ώστε το ίδιο νετρίνο να μπορεί να εκπεμφθεί και να απορροφηθεί από τον πυρήνα. Η ανίχνευση της διπλής βήτα διάσπασης θα επιβεβαιώσει το αν τα νετρίνα είναι σωματίδια Majorana.

Υπάρχει η κανονική διπλή βήτα διάσπαση, κατά την οποία δυο νετρόνια στον πυρήνα μετατρέπονται σε δυο πρωτόνια και ταυτόχρονα παράγονται δυο ηλεκτρόνια και δυο αντινετρίνα του ηλεκτρονίου, η οποία έχει παρατηρηθεί στο εργαστήριο. Αν όμως το νετρίνο είναι σωματίδιο Majorana (το νετρίνο ταυτίζεται με το αντισωματίδιό του), τότε η θεωρία δεν απαγορεύει την διπλή διάσπαση βήτα χωρίς την εκπομπή νετρίνων, η οποία συμβολίζεται με 0νββ. Η μέτρηση της 0νββ θα έδινε επιπλέον, ενδιαφέρουσες πληροφορίες σχετικά με τις μάζες των νετρίνων – οι φυσικοί γνωρίζουν ότι τα νετρίνα έχουν μάζες, αλλά όχι ποιες είναι οι μάζες των διαφόρων τύπων των νετρίνων.

Η ερευνητική ομάδα του πειράματος νετρίνων CUPID-0 που χρησιμοποίησε έναν νέο τύπο ανιχνευτή, δημοσίευσε τα τελικά αποτελέσματα της έρευνας στο περιοδικό Physical Review με τίτλο ‘Final Result on the Neutrinoless Double Beta Decay of 82Se with CUPID-0‘. Τα πειράματα που ψάχνουν για τη διάσπαση β χωρίς νετρίνα σε διάφορα ισότοπα έχουν οριοθετήσει τον χρόνο ημιζωής τους να είναι μεγαλύτερος από 1025 χρόνια. Ούτε στο πείραμα CUPID-0 ανιχνεύθηκαν διπλές διασπάσεις βήτα χωρίς νετρίνα. Όμως η μη ανίχνευση του CUPID-0 βελτιώνει -κατά έναν συντελεστή 20- τους περιορισμούς από προηγούμενους ανιχνευτές που χρησιμοποιούν το ίδιο υλικό πυρηνικής διάσπασης.

Το πείραμα CUPID-0, που παραγματοποιήθηκε στο Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής (INFN) στο Gran Sasso στην Ιταλία, αναζήτησε διπλές διασπάσεις βήτα χωρίς νετρίνα στο σελήνιο-82. Αυτό το ισότοπο είναι γνωστό ότι διασπάται με «κανονική» διπλή βήτα διάσπαση, κατά την οποία δύο νετρόνια στον πυρήνα του μετατρέπονται σε δύο πρωτόνια, εκπέμποντας δύο ηλεκτρόνια και δύο αντινετρίνα του ηλεκτρονίου. Μετρήθηκε το φάσμα των διασπάσεων του σεληνίου-82 και αναζητήθηκε μια κορυφή που θα σηματοδοτούσε διπλές διασπάσεις βήτα χωρίς νετρίνα.

Για αυτές τις μετρήσεις, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν βολόμετρα σπινθηρισμού, μια τεχνολογία που αναπτύχθηκε πρόσφατα, που συνδυάζει αισθητήρες θερμότητας οι οποίοι μπορούν να αναγνωρίσουν μεμονωμένα συμβάντα διάσπασης και αισθητήρες φωτός που μπορούν να διακρίνουν τις βήτα διασπάσεις από άλλους τύπους πυρηνικών διασπάσεων.

Παρά το γεγονός ότι ο 10 κιλών ανιχνευτής CUPID-0 είχε περίπου το ένα δέκατο του μεγέθους άλλων ανιχνευτών, το πείραμα πέτυχε μια σχετικά υψηλή ευαισθησία στις μετρήσεις.
Σύμφωνα με την Laura Cardani, μέλος της ομάδας CUPID-0: «Αυτό το αποτέλεσμα ανοίγει την πόρτα για τον διάδοχο του CUPID-0, τον CUPID, ο οποίος θα κλιμακώσει την τεχνολογία στο επίπεδο ανιχνευτή ενός τόνου».

πηγή: https://physics.aps.org/articles/v15/s119



Κατηγορίες:ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ, ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑ, ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

Ετικέτες: , ,

2 replies

  1. Στο γράφημα για το διάγραμμα Feynman θέλει διόρθωση στο <κατά την οποία δυο νετρόνια μετατρέπονται σε «πρωτόνια»>.
    Κατά τα άλλα πού καλό άρθρο.
    Το «κυνήγι» των νετρίνων είναι αρκετά ενδιαφέρον και αξίζει απ’ ότι φαίνεται πειραματικά.

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: