Medžiaga apie antimedžiagą: dalelė, sėdinti ant dviejų kėdžių

Neutralumo išsaugojimas

Tačiau tai nelengva užduotis. Komandos ieško tokių retų įvykių, kad natūralaus radioaktyvumo fonas negali viršyti vieno įvykio per metus tonoje medžiagos. Netgi banane, dėl jame esančio kalio (⁴°K) pėdsakų, per sekundę įvyksta ~15 radioaktyviųjų skilimų, daugiau nei gana užgožti bet kokį bona fide signalą.

Kol kas vos keli izotopai yra pakankamai jautrūs ir jų pakankamai daug, kad būtų naudingi tokio masto eksperimentams. Visi jie turi savo pliusų, bet dabar visų akys nukreiptos į germanį. Koncentruota kristalinė j forma leidžia kurti kompaktiškesnius aparatus, galinčius labai tiksliai išmatuoti dviejų išspinduliuotų elektronų energiją, tad mokslininkams lengviau atskirti tikrą ieškomą skilimą nuo foninių įvykių. GERDA, Gran Sasso eksperimentas padėjęs paneigti Klapdor-Kleingrothaus skilimą, dabar pertvarkomas naudoti 40 kilogramų germanio. Jam ant kulnų mina pagrindinis varžovas, Majorana Demonstrator, įkurtas buvusioje aukso kasykloje po Leado miestu P. Dakotoje. Nuo šios vasaros jis rinks duomenis iš 44 kilogramų įtaiso.

Bet netgi to gali nepakakti. Remiantis optimistiškiausiais skilimo periodo vertinimais ir siekiant signalo užtikrintumo, reikėtų naudoti bent jau toną medžiagos, sako Juan Jose Gomez-Cadenas iš ksenoną naudojančios NEXT kolaboracijos Ispanijoje. Tai artėja prie ribos, ką gali suteikti vienas eksperimentas, o tai reiškia, kad reikės apjungti išteklius. „Vėjas sukasi nuo lenktynių link bendradarbiavimo,“ sako Gomez-Cadenas.

Majorana ir GERDA tyrėjai sutinka, kad jeigu iki 2018-ųjų neko nebus atrasta, jie apjungs jėgas ir kurs pirmąjį eksperimentą, kuriame bus panaudota tona optimizuoto izotopo. Tam reikia bent 10 tonų neapdoroto germanio, kuris gali būti gryninamas – beveik 10 procentų metinės pasaulinės pasiūlos, kuri kitu atveju atitektų technologijų kompanijoms naudoti spartesnių kompiuterių lustų gamybai. Bet netgi jei skilimas būtų užfiksuotas viename izotope, jį reikės patvirtinti kitu. O kadangi beneutrininio dvigubo beta skilimo atradimas įvardijamas belaukiančiu Nobeliu, tyrėjams reikės saugotis perdėto entuziazmo. Siekdami išvengti šališkumo Majorana eksperimento tyrėjai atliks aklą analizę, sako Elliottas, projekto atstovas. „Analizuojame tik mažą dalį duomenų, o likusi dalis iki sutarto laiko bus užrakinta.“

Ne jeigu tokia analizė patvirtins skilimo egzistavimą, vien to nepakaks įrodyti, kad už tai atsako Majorana neutrinai. Šį retą skilimą gali sukelti ir sudėtingesni mechanizmai, kur neutrinų vaidmenį atlieka kitos, dar neatrastos dalelės.

Tokius mechanizmus atskirti nelengva, bet fizikų arsenalą greitai praplės nauji eksperimentai – tarp jų KATRIN, dabar statomas Vokietijoje, kuriuo bus siekiama nustatyti trijų fundamentaliųjų neutrinų (elektrono neutrino (ν_e), miuono neutrino (ν_μ), ir tau neutrino (ν_τ) mases kartą ir visiems laikams, bei DUNE eksperimentas JAV, kuris nustatinės, kuri masė kuriam skoniui priklauso. Jei bendrininkauti dvigubą beta skilimą iš tiesų sukelia Majorana neutrinai, fizikai galės naudoti šių eksperimentų duomenis, skaičiuodami gyvavimo trukmę, paaiškina Rodejohannas. Tada bus galima palyginti, kaip šie rezultatai atitinka tiesioginius stebėjimus. „Jeigu neatitiks, bendrininkauti dvigubą beta skilimą sukelia kažkas kita – tai būtų išties nuostabu ir įspūdinga.“

Ir tai išties galėtų būti vertingas rezultatas. Tokius mechanizmus numato daug, dabar tiesiogiai CERN Didžiajame hadronų greitintuve tiriamų teorijų, tarp kurių ir supersimetrijos – laikomos realiausiu fundamentaliųjų sąveikų suvienijimo būdu – variantai.

Bet visgi dažnai, o ypač fizikoje, paprasčiausi sprendimai pasirodo esantys geriausi – ir dar vienas dalykas, kodėl Majorana neutrinai taip ieškomi, yra tas, kad jie galėtų išspręsti keblų tokios mažos neutrinų masės klausimą.

„Tokio skilimo aptikimas būtų netgi fundamentalesnis už ilgai lauktą Higso bozono aptikimą“

Dauguma fundamentaliųjų dalelių masę įgauna iš visur esančio Higgso lauko, kuro egzistavimas buvo įrodytas 2012 metais, atradus jo dalelę – Higgso bozoną. Bet nykstamai mažos neutrinų masės rodo, kad šios dalelės su Higgso lauku sąveikauja labai silpnai. Todėl kai kurie fizikai yra įsitikinę, kad egzistuoja ir kitas masės kūrimo mechanizmas.

Populiariausias iš jų teigia, kad iš tiesų yra d neutrinų variantai – kasdien mus skrodžiantys lengvieji, ir sunkesni, smarkiai lenkiantys visas kitas fundamentaliąsias daleles. Taip dviejų rūšių neutrinai atsiduria ant smarkiai nesubalansuotų kosminių sūpuoklių, kur ultrasunkūs nariai vienoje pusėje yra atsakingi už savo lengvesniųjų pusbrolių mažą masę kitoje pusėje.

Sunkesnieji neutrinai būtų suirę pirmaisiais visatos egzistavimo momentais ir būtų per sunkūs, kad juos būtų įmanoma atgaivinti kokiais nors įgyvendinamais eksperimentais, palikdami po savęs tik lengvesniuosius variantus. Tai matematiškai elegantiškas sprendimas, numatomas didžiosios daugumos „didžiųjų suvienijimo teorijų“ – bet tai veikia tik tokiu atveju, jei neutrinai yra Majorana dalelė. Kitaip tariant, negali būti atskiro ir kuo nors besiskiriančio antineutrino.

Kaip bebūtų – nauja detektorių karta sustiprins Majorana neutrinų spėjimą, ar ne, – jie priartins dar žingsneliu prie keistų ir nuostabių procesų, kuriuose dalyvauja neutrinai, supratimo. Billeris tiki, kad ši kukli dalelė gali padėti atrakinti vienus iš svarbiausių fizikos klausimų. „Daugeliu aspektų neutrinai atrodo neįprasti, tad galime rasti kažką keisto”. Tikėkimės, kad išsiaiškinimo nereikės laukti iki visatos pabaigos.

Matthew Chalmers
New Scientist № 3060