Para saintis berjaya menipu masa dan menangkap zarah hantu
Ahli fizik Rusia bersama rakan Amerika mereka dapat menemui pengesahan ramalan hampir setengah abad bahawa apa yang disebut "zarah hantu" neutrino berinteraksi dengan perkara biasa. Satu kajian telah dilakukan yang dapat membantu membuat alat yang dapat melihat melalui reaktor nuklear, dan juga mengetahui proses apa yang terjadi di dalam supernova.
Pada tahun 1974, sebuah teori diungkapkan di kalangan saintis mengenai kemungkinan interaksi dengan cara yang tidak diketahui antara neutrino dan jirim. Zarah-zarah unsur ini, berjuta-juta kali lebih ringan daripada elektron, dapat melalui planet dengan bebas. Perlanggaran dengan inti atom berlaku secara berkala, dan neutrino berinteraksi dengan beberapa neutron dan proton. Tetapi empat dekad yang lalu, para saintis membuat anggapan bahawa interaksi adalah mungkin antara neutrino dan inti secara keseluruhan. Mekanisme ini disebut penyebaran neutrino koheren pada inti. Ia dicadangkan sebagai salah satu komponen Model Interaksi interaksi elektroweak, tetapi belum disahkan secara eksperimen sehingga kini.
Interaksi electroweak adalah gambaran umum mengenai beberapa interaksi asas - elektromagnetik dan lemah. Umumnya diterima bahawa setelah Alam Semesta mencapai suhu sekitar 1015 kelvin (dan ini berlaku segera setelah Big Bang), interaksi ini menjadi satu keseluruhan. Kekuatan lemah, berbeza dengan elektromagnetik, menampakkan diri pada skala yang jauh lebih kecil berbanding dengan ukuran nukleus atom. Mereka menyediakan pelanggaran beta inti, di mana mungkin untuk melepaskan bukan sahaja neutrino, tetapi juga antineutrinos. Pada masa yang sama, menurut teori interaksi elektroweak, bukan sahaja neutrino timbul, tetapi juga interaksinya dengan jirim, jirim.
Teorinya mengatakan bahawa jika proses interaksi berlaku antara neutrino dan inti disebabkan oleh penyebaran koheren, maka tenaga dilepaskan, yang dipindahkan ke nukleus melalui Z-boson, yang merupakan pembawa interaksi yang lemah. Sangat sukar untuk menyelesaikan proses ini, kerana pembebasan tenaga sangat tidak penting. Untuk meningkatkan kebarangkalian penyebaran koheren, elemen berat digunakan sebagai sasaran, khususnya, cesium, yodium dan xenon. Pada masa yang sama, semakin berat intinya, semakin sukar untuk mengesan kemerosotan ini, yang seterusnya merumitkan keadaan.
Para saintis mencadangkan penggunaan alat pengesan kriogenik untuk mengesan penyebaran neutrino, secara teorinya mampu merakam bahkan interaksi bahan sederhana dan bahan gelap. Pengesan kriogenik adalah ruang yang sangat sejuk, dengan suhu hanya seperseratus darjah di atas sifar mutlak, dan yang menangkap sejumlah kecil haba yang dilepaskan semasa reaksi nukleus dengan neutrino. Kristal kalsium atau germanium tungstate digunakan sebagai substrat; di samping itu, alat superkonduktor, cecair inert atau semikonduktor yang diubah juga dapat memainkan peranan sebagai pengesan.
Setelah melakukan pengiraan yang diperlukan, para penyelidik mendapati bahawa calon yang sesuai untuk sasarannya adalah cesium iodida dengan kekotoran natrium. Kristal bahan ini menjadi asas bagi pengesan kecil (beratnya hanya 14 kilogram, dan ukurannya 10x30 sentimeter). Alat pengesan ini dipasang di sumber neutron SNS, yang terletak di negara bagian Tennessee AS, di Makmal Nasional Oak Ridge. Pengesan diletakkan di terowong yang dilindungi dengan konkrit dan besi, kira-kira dua lusin meter dari sumbernya, yang menghasilkan semula sinar neutron, tetapi pada masa yang sama terdapat kesan sampingan - neutrino.
SNS sumber buatan, berbeza dengan sumber semula jadi neutrino, khususnya, atmosfer Bumi atau Matahari, mampu menghasilkan sinar neutrino yang cukup besar untuk ditangkap oleh pengesan, tetapi pada masa yang sama cukup kecil untuk menyebabkan hamburan yang koheren. Seperti yang diperhatikan oleh penyelidik, alat pengesan dan sumbernya hampir sama. Molekul cesium iodida, ketika berinteraksi dengan zarah, diubah menjadi scintillators (dengan kata lain, mereka memancarkan semula tenaga dalam bentuk cahaya). Dan lampu inilah yang didaftarkan. Menurut Model Piawai, neutrino muonik, neutrino elektron, dan antineutrino muonik memasuki interaksi dengan kristal.
Video promosi:
Penemuan ini penting. Dan intinya sama sekali bahawa para saintis sekali lagi mengesahkan gambaran fizikal dunia, yang dijelaskan oleh Model Standard. Melalui penyebaran yang koheren, para saintis berharap dapat mengembangkan alat dan teknik khusus untuk memantau reaktor nuklear yang akan membantu melihat melalui tembok apa yang berlaku di dalamnya. Selain itu, penyerakan koheren berlaku di dalam neutron dan bintang biasa, juga semasa letupan supernova. Oleh itu, ia akan memberi peluang untuk mengetahui lebih lanjut mengenai struktur dan kehidupan mereka. Para saintis tahu bahawa neutrino yang terdapat di dalam usus supernova menghantam cangkang luar semasa letupan, membentuk gelombang kejutan yang merobek bintang itu. Oleh kerana penyebaran yang koheren, interaksi yang serupa antara neutrino dan bahan bintang yang meletup dapat dijelaskan.
Di samping itu, dalam mencari WIMP - zarah teori zat gelap - penyelidik bergantung pada mengesan radiasi yang timbul dari pelanggaran dan inti atom mereka. Ia mesti dibezakan dari latar belakang yang menghasilkan penyebaran neutrino yang koheren. Ini dapat meningkatkan data yang dapat diperoleh mengenai bahan gelap menggunakan cryogenic dan pengesan lain.
