Τι είναι οι «παλαιο-ανιχνευτές»; Είναι ανιχνευτές σωματιδίων που μας παρέχει δωρεάν η φύση. Πρόκειται για αρχαία ορυκτά πετρώματα που εξάγονται από τα βάθη της Γης και διαθέτουν χαραγμένα τα αποτυπώματα τροχιών σωματιδίων-προϊόντων πυρηνικών αλληλεπιδράσεων. Για παράδειγμα τα νετρίνα που βομβαρδίζουν τη Γη, μπορούν να διεισδύσουν βαθιά στη Γη και να αλληλεπιδράσουν κάποιο άτομο στο εσωτερικό ενός ορυκτού. Τα προιόντα της αλληλεπίδρασης ή η ανάκρουση του πυρήνα του ατόμου δημιουργούν ίχνη που διατηρούνται στα ορυκτά για δισεκατομμύρια χρόνια. Τέτοιες καταγραφές ενδέχεται να εκφράζουν τις υπογραφές αρχέγονων γεγονότων, όπως εκρήξεις σουπερνόβα στην γαλαξιακή γειτονιά μας (διαβάστε σχετικά: Χρονοκάψουλες κοσμικών ακτίνων).

Σε μια πρόσφατη μελέτη προτείνεται η αναζήτηση της πιθανής διάσπασης των πρωτονίων με την χρήση των «παλαιο-ανιχνευτών».
Ενώ σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο των στοιχειωδών σωματιδίων το πρωτόνιο θεωρείται σταθερό σωματίδιο, οι Μεγάλες Θεωρίες Ενοποίησης (Grand Unified Theories, συντομογραφικά  GUTs) που ενοποιούν τις ισχυρές, τις ασθενείς και τις ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις, κάνουν μια σειρά από προβλέψεις για το ποιος είναι ο χρόνος ζωής του πρωτονίου. Ο ανιχνευτής Super-Kamiokande (ή Super-K) που κέρδισε ένα βραβείο Νόμπελ για την αποκάλυψη των ταλαντώσεων των νετρίνων, αναζήτησε και την πιθανή διάσπαση του πρωτονίου.
Tελικά εκείνο που κατάφερε να διαπιστώσει το πείραμα Super-K ήταν ότι τα πρωτόνια έχουν χρόνο ζωής, κατά μέσο όρο, πάνω από 10³⁴ (10.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000) χρόνια. Πολύ μεγαλύτερη από την ηλικία του σύμπαντος (περίπου 13,7×10⁹ χρόνια). Ευτυχώς για μας.

Στην δημοσίευση με τίτλο «The Final Frontier for Proton Decay», προτείνεται η αναζήτηση ιχνών από την πιθανή διάσπαση των πρωτονίων σε αρχαία ορυκτά που ανασύρονται από μεγάλη βάθη. Συγκεκριμένα προτείνουν την αναζήτηση των ιχνών που θα άφηνε το φορτισμένο σωματίδιο καόνιο που παράγεται από την διάσπαση του πρωτονίου .

Παλαιο-ανιχνευτές στη Σελήνη

Δυστυχώς, μια τέτοια αναζήτηση δεν είναι δυνατή στη Γη λόγω του μεγάλου υποβάθρου που προκαλείται κυρίως από τα νετρίνα που παράγονται από τις συγκρούσεις των κοσμικών ακτίνων με την ατμόσφαιρα. Όμως είναι δυνατή στη Σελήνη που δεν διαθέτει ατμόσφαιρα. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς, σε 100 γραμμάρια, ορυκτού ολιβίνης ηλικίας 10⁹ ετών που εξάγεται από τη Σελήνη, αναμένονται μόνο 0,5 ίχνη καονίων λόγω υποβάθρου νετρίνων, συμπεριλαμβανομένων και των δευτερογενών αλληλεπιδράσεων.

Αν ένα τέτοιο δείγμα σεληνιακού ορυκτού-παλαιοανιχνευτή μπορούσε εξαχθεί και να αναλυθεί, η ευαισθησία στον υπολογισμό του χρόνου διάσπασης πρωτονίων θα υπερέβαινε τα τ_p~10³⁴ έτη, ένα αποτέλεσμα που ανταγωνίζεται το πιο πρόσφατο δημοσιευμένο όριο του ανιχνευτή Super-Kamiokande και άλλων ανιχνευτών.

Αυτή η ιδέα για να υλοποιηθεί απαιτεί την εξαγωγή δειγμάτων ορυκτών από βάθος λίγων χιλιομέτρων κάτω από την επιφάνεια της Σελήνης, κάτι που δεν είναι εφικτό προς το παρόν. Υπενθυμίζεται ότι το ρεκόρ συλλογής σεληνιακού δείγματος από το μεγαλύτερο βάθος της Σελήνης είναι μόνο 300 εκατοστά. Το κατέχει η αποστολή Απόλλων 17 εδώ και 52 χρόνια!

πηγή: The Final Frontier for Proton Decay – https://arxiv.org/abs/2405.15845

Κατηγορίες:ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

Ετικέτες: ΠΡΩΤΟΝΙΟ, ΣΕΛΗΝΗ, PHYSICS