فيزياء

أبطأ قياس على الأرض سيحدث من تتبع الكون

في مختبر غران ساسو الوطني في إيطاليا ، قام الباحثون ببناء كاشف Cuore ، والذي سيأخذ أبطأ قياس على الإطلاق.

© Y. Suvorov / cuore.lngs.infn.it

أولاً ، لم يكن هناك شيء وفجأة ظهر كل شيء: الأبعاد والوقت والقوانين الطبيعية والمسألة التي ستشكل لاحقًا النجوم والكواكب والحياة.

هذا هو ، على الأقل ، نشأة الكون وفقًا للنظرية المقبولة ، نظرية الانفجار الأعظم. لكن تكوين الكون لا يزال مخطئا في نواح كثيرة.

أحد أكبر الأسئلة التي لم تتم الإجابة عليها هو سبب وجود مادة على الإطلاق. وفقًا لنماذج الفيزياء ، كان الانفجار الكبير متماثلًا ، مما يعني أن المادة المضادة تشكلت بقدر ما.

بمجرد اجتماع المادة والمادة المضادة ، يمسح كل منهما الآخر ويصبح إشعاعًا. هذا هو السبب في أن الانفجار الأعظم كان يجب أن ينتهي بكون جديد مليء بالإشعاع. لكنه ذهب بشكل مختلف ، كما نعلم. امتلأ الكون بالمكونات اللازمة لإنشاء الجزيئات التي نعرفها اليوم.

يبحث فريق من الفيزيائيين الآن عن الإجابة على السؤال عن سبب حدوث ذلك. تحت جبال غران ساسو في جبال الأبنين في وسط إيطاليا ، قاموا ببناء كاشف Cuore ، الذي يجب أن يكتشف الجسيم الوحيد الذي يمكنه معرفة سبب وجود الكون: النيوترينو.

أبرد كاشف على الأرض يجب أن يكتشف تسوس نادر

1 / 4

غير محدد

1234

يبحث العلماء عن تسوس دون النيوتريونات. من أجل التجربة ، قاموا ببناء كاشف Cuore ، الذي يقع في أبرد متر مكعب في العالم. يمكن للكشف أن يجد انحطاطًا واحدًا سنويًا - إذا حدث ذلك.

© Y. Suvorov / cuore.lngs.infn.it

الجسيمات تصور كرقعة

تنبأ الفيزيائي فولفغانغ باولي بوجود النيوترينو لأول مرة في عام 1930. لقد اخترع هذا الجسيم الصغير لأنه لم يكمل حساب ما يسمى بتحلل بيتا.

فعندما يتحلل بيتا لمادة مشعة ، علم نيوترون في النواة الذرية إلى بروتون يبقى هناك وإلكترون ينبعث منه.

لكن تجاربه أظهرت أن الإلكترون المنبعث لديه طاقة أقل من الفرق في الكتلة بين النيوترون والبروتون. لهذا السبب قدم جزيئًا جديدًا يمكنه تحمل تلك الطاقة المفقودة: وُلد النيوترينو.

ومع ذلك ، لم يستطع وولفجانج باولي إثبات نظريته الجديدة. في عام 1956 فقط ، نجح الفيزيائيان الأمريكيان فريدريك رينز وكلايد كوان في إظهار وجود النيوترونات. أجرى الاثنان تجاربهما على مقربة من مفاعل نووي ، والتي عرفوا أنها تنبعث منها كميات كبيرة من الجزيئات.

بحثوا هنا عن أشعة جاما المنبعثة عندما يصطدم النيوترينو بالبروتون. يخلق التصادم نيوترون وبوزيترون ، يتم تدميره على الفور وتحويله إلى إشعاع لأنه مضاد للجسيمات.

يبحث الكاشف عن تسوس محدد واحد

يجب أن يبحث كاشف Cuore عن شكل خاص من التحلل الإشعاعي: ما يسمى بتحلل بيتا الخالي من النيوترينو. إذا حدث هذا ، فهو دليل على أن النيوترينو هو مضاد الجسيمات الخاص به.

وإذا كان الأمر كذلك ، فنحن نعرف أيضًا سبب امتلاء الكون بالمادة ، وليس فقط بالإشعاع المادي والمواد المضادة التي تدمر بعضها البعض. إذا كان النيوترينو مضادًا للجزيئات ، فيمكن أيضًا أن تكون جزيئات أخرى ، مثل الجزيئات الثقيلة والغنية بالطاقة التي نشأت في بداية الكون. في هذه الحالة ، يمكن أن تتحلل الجزيئات إلى مادة أكثر من المادة المضادة.

  • ببساطة تحلل بيتا

    يتحلل النيوترون الموجود في قلب العنصر إلى بروتون وإلكترون ونيوترينو. وهكذا تتحول المادة المشعة إلى عنصر جديد ببروتون إضافي ونيترون واحد أقل.

  • اضمحلال بيتا مزدوج

    اثنين من النيوترونات تتحلل إلى بروتونين ، إلكترونين واثنين من النيوترونات. فقط عدد قليل من النظائر المشعة بيتا مزدوجة. ومع ذلك ، فإن نشاطها الإشعاعي منخفض والتحلل نادر.

  • خالية من النيوترينو انحلال بيتا المزدوج

    يتحلل نيوترونان في وقت واحد إلى إلكترونين وبروتونين. النيورينوس اللذين يحدثان عادة مع انحلال بيتا المزدوج يلغيان بعضهما البعض. يحدث الاضمحلال فقط إذا كان النيوترينو مضادًا للجزيئات.

عرض المزيد

النيوترونات سعداء في أنفسهم

منذ محاولات Reines و Cowan ، تم إجراء الكثير من التجارب على النيوتريونات ، لكن لم يتم وصفها جيدًا بعد لأنه من الصعب للغاية قياسها.

على الرغم من أن أجهزة قياس الباحثين في المفاعل النووي قد ضربت كل ثانية بمقدار 50 تريليون نيوترينو في السنتيمتر المربع ، فإن الاصطدام بين النيوترينو والنيوترون لم يحدث إلا ثلاث مرات في الساعة.

وذلك لأن الجزيئات تتفاعل فقط مع الجزيئات الأخرى من خلال الجاذبية ، والتي لا تذكر ، والقوة النووية الضعيفة.

هذا الأخير يتناقص بسرعة مع المسافة التي تكاد تكون مثيرة للاهتمام فقط في نواة ذرية وبيئتها المباشرة.

في مختبر غران ساسو الوطني في إيطاليا ، قام الباحثون ببناء كاشف Cuore ، والذي سيأخذ أبطأ قياس على الإطلاق.

© Y. Suvorov / cuore.lngs.infn.it

لذلك فإن فرصة أن يكون للنيوترينو تأثير على جسيم آخر لا يكاد يذكر.

على سبيل المثال ، تقريبًا جميع النيوتريونات التي تنبعث منها الشمس باستمرار - حوالي 1038 في الثانية - تطير عبر الأرض دون عوائق تمامًا بسرعة الضوء تقريبًا ، وكل عشرات الآلاف من النيوتريونات تطلق النار على جسمك دون أن تلاحظ ذلك.

هذا هو السبب في أن النيوترينو يسمى أيضًا جسيم الأشباح. النيوترونات ، مع ذلك ، هي بعض الجزيئات الأكثر شيوعًا في الكون. ليس لديهم تحميل وهناك ثلاثة إصدارات على الأقل.

ومع ذلك ، فإن كتلة واحدة منها على الأقل - لكنها أصغر بملايين المرات من كتلة الإلكترون.

10 ^ 24 هو عدد السنوات التي تمر قبل انتهاء صلاحية النظير 130Te atom.

لفة مزدوجة يمكن حل اللغز

يعتقد الفيزيائيون أيضًا أن النيوتريونات ومضادات الفطريات موجودة كجزيئات مختلفة. جميع الجسيمات لها جزيء معروف للعلم ، باستثناء النيوترينو.

لذلك ، لدى العلماء شكوك بنية داكنة بأن النيوترينو هو في الوقت نفسه مضادًا للجسيمات الخاصة به - وإذا كان الأمر كذلك ، يمكن للجسيم أن يشرح كيف يمكن تشكيل كون المادة عند الانفجار الأعظم.

النظرية هي أنه بعد الانفجار الأعظم مباشرة ، تم إنشاء جسيمات خنثى ثقيلة - جسيم وجسيم مضاد. بسبب ازدواجية ، فإنها يمكن أن تتحلل إلى أكثر بكثير من المادة المضادة و
خلق الكون بهذه الطريقة.

سوف تختفي هذه الجسيمات منذ فترة طويلة - يمكن أن توجد فقط في الكون المبكر والغني بالطاقة. لكن إذا تبين أن النيوترينو هو مضاد الجسيمات الخاص به ، فإن الباحثين يعلمون أن الجزيئات الثقيلة المبكرة يمكن أن تكون أيضًا في نفس الوقت.

الصفر النيوترونات هو المفتاح

يجب أن يحاول كاشف Cuore إثبات دور النيوترينو كجسيم خاص به. يشير Cuore إلى "مرصد Cryogenic تحت الأرض للأحداث النادرة" أو "مرصد درجات الحرارة المنخفضة تحت الأرض للأحداث النادرة".

في مختبر غران ساسو الوطني في إيطاليا ، قام الباحثون ببناء كاشف Cuore ، والذي سيأخذ أبطأ قياس على الإطلاق.

© Y. Suvorov / cuore.lngs.infn.it

مثل هذا الحدث النادر هو نوع من تحلل النظير المشع لعنصر التيلوريوم: 130Te.

هذه المادة مشعة بيتا بتركيزات عالية ، ولكن على عكس تحلل بيتا الذي درسه وولفجانج باولي. بدلاً من النيوترون الذي يتحلل إلى بروتون ، والإلكترون ، والنيوترينو ، فإن اثنين من ما يسمى بتحلل بيتا المزدوج يحللان نيوترونين من 130Te في وقت واحد إلى بروتونين ، وإلكترونين ، ونيوترينوان.

إذا كان النيوترينو مضادًا للجسيمات ، فسوف يحدث في بعض الأحيان تحلل بيتا مزدوج خالٍ من النيوترونات ، مع قيام النيوتريونات بتحييد بعضها البعض عند ظهورها. تحمل الإلكترونات المنبعثة في وقت الاضمحلال الطاقة التي تتوافق مع فرق الكتلة بين نيوترونات وبروتونات فقط.

الحرارة تشير إلى الاضمحلال

  • إرسال إلكترونات مفردة على الطريق

    1. ينحل الاضمحلال النيوترينو إلكترونين ذات طاقة أعلى مما لو تم تشكيل اثنين من النيوتريونات.
  • الطاقة مع ارتفاع درجات الحرارة مكعبات

    1. تذهب الطاقة إلى مكعب التيلوريوم وتحولت إلى حرارة. يتم تسجيل ارتفاع درجة الحرارة.
  • طفح مع درجة حرارة عالية جدا

    1. إذا كانت الحرارة 2527.5 كيلو فولت بالضبط ، يتم نقل كل الطاقة الناتجة عن التسوس - والنيوترينو هو مضاد الجسيمات.
عرض المزيد

وهذه هي بالضبط الطاقة التي يبحث عنها Cuore.

في البداية ، تحول Cuore إلى شهرين في عام 2017 لتحديد عمر النصف لـ 130Te ولمعرفة ما يمكن توقعه من تسوس خالٍ من النيوترين.

اتضح أنه لن يكون هناك أكثر من انخفاض سنوي واحد ، أو خمس مرات في السنوات الخمس المقبلة ، مما يجعل هذه التجربة أبطأ على وجه الأرض.

لكن الأمر يستحق الانتظار ، لأنه إذا سجل Cuore الانخفاض النادر ، فسيظهر على الفور كيف نشأ الكون.

فيديو: Which Way Is Down? (شهر فبراير 2020).

المشاركات الشعبية

فئة فيزياء, المقالة القادمة

الذكاء الاصطناعي يجلب رسوماتك إلى الحياة
الذكاء الاصطناعي

الذكاء الاصطناعي يجلب رسوماتك إلى الحياة

هل تريد دائمًا إعادة حياة الشخبطة الغريبة؟ الان ممكن! هناك ذكاء اصطناعي جديد على الإنترنت "يترجم" صراعك إلى جسد ودم ، جيد وسيئ كما يحدث. تم تطوير البرنامج من قبل برنامج العلم معرفة NTR اليوم. يحاول البرنامج تحويل الخدوش إلى صورة للأخبار ومشارك في العرض لارا رينس.
إقرأ المزيد
جوجل الذكاء الاصطناعي يتنبأ بالمستقبل
الذكاء الاصطناعي

جوجل الذكاء الاصطناعي يتنبأ بالمستقبل

لقد هزم بعض من أفضل اللاعبين في العالم ، وأظهر سلوكًا عدوانيًا في المواقف التنافسية وتعلم جعل نفسه أكثر ذكاءً. والآن سوف يتنبأ الذكاء الاصطناعي (AI) بالمستقبل بمساعدة خياله الخاص. على الأقل يعود الأمر لشركة Deepmind ، المسؤولة عن تطوير Google في هذا المجال.
إقرأ المزيد
جوجل الذكاء الاصطناعي تطور السلوك العدواني
الذكاء الاصطناعي

جوجل الذكاء الاصطناعي تطور السلوك العدواني

تُطلق أشعة الليزر في جميع الاتجاهات وتشل الخصم ، بحيث يمكن للذكاء الاصطناعي أن يدعي كل شيء لنفسه. هذا يبدو وكأنه مشهد مروع من أفلام Terminator ، لكنه يحدث بالفعل في اللعبة التي طورتها شركة DeepMind من أجل ذكائها الاصطناعي.
إقرأ المزيد