A Fermilab dűne neutrínókat küld 800 mérföldre, hogy szellemrészecskéket tanulmányozzanak

• A neutrínók apró részecskék, amelyek a világegyetem legnagyobb titkait rejthetik.
• A DUNE Project reméli, hogy többet megtudhat ezekről a nehezen tanulmányozható „szellemmolekulákról”.
• Ennek érdekében a projekt neutrínókat küld körülbelül 800 mérföldre Illinois és Dél-Dakota között.

Közel hét évvel ezelőtt a csapatok 800 000 tonna kőzetet kezdtek el szállítani egy helyszínről Volt aranybánya Lead közelében, Dél-Dakotában.

Az így létrejött három földalatti barlang 500 láb hosszú, és majdnem elég hosszú egy hétemeletes épület befogadására.

A DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) projekt várhatóan legalább 3 milliárd dollárba kerül, és az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának tudósai vezetik. Fermilab.

Végső soron minden barlang 17 500 tonna folyékony argont tartalmaz majd, hogy segítse a Fermilab fizikusait a megfoghatatlan, neutrínóként ismert részecskék, más néven „szellemrészecskék” észlelésében.

A neutrínók szubatomi részecskék, amelyek körülötted vannak, és észrevétlenül haladnak át rajtad. A nap hozza létre őket. A szupernóvák teszik őket. Még a banán is termel neutrínót.

„Ha felemeli a kezét, a Napból 10 milliárd neutrínó halad át a kezeden” másodpercenként – mondta Mary Pichai fizikus és a DUNE szóvivője a Business Insidernek.

A neutrínókat szellemrészecskéknek nevezik, mivel nincs elektromos töltésük, ezért ritkán lépnek kölcsönhatásba bármivel, amivel kapcsolatba kerülnek.

Ez rendkívül megnehezíti a tanulmányozásukat, a tudósok mégis ragaszkodnak ahhoz, hogy a neutrínók rejthetik a kulcsot az univerzum titkainak feltárásához, kezdve az Ősrobbanás utáni eseményektől egészen a fekete lyuk születésének megfigyeléséig.

Neutrinó sugár Illinois és Dél-Dakota között

Nehéz olyan részecskét tanulmányozni, amely nem bocsát ki sugárzást és könnyebb, mint egy elektron. „A neutrínó kölcsönhatások olyanok, mint a tűk a szénakazalban” – mondta Pichai.

A Fermilab tudósai soha nem látott részletességgel akarják tanulmányozni a neutrínókat a DUNE segítségével.

Ezért lesz a DUNE a valaha volt legnagyobb ilyen típusú neutrínódetektora.

Miután befejeződött, a kísérletet úgy tervezték, hogy egy sorozattal kezdje… Részecskegyorsítók A Chicago melletti Fermilabban, Illinois államban.

A gyorsítók először egy rendkívül erős neutrínósugarat bocsátanak ki a Fermilab detektorán keresztül. A sugár ezután a föld alatt 800 mérföldet fog eljutni a dél-dakotai Sanford Underground Research Facility detektoraihoz.

Útközben a neutrínók valami furcsa dolgot fognak tenni. Háromféle neutrínó létezik, és a részecskék oda-vissza válthatnak közöttük, ezt a jelenséget oszcillációnak nevezik. A Fermilab egyik tudósa egy házi macskához hasonlította átalakítás Egy jaguárra, majd egy tigrisre, mielőtt visszatérne eredeti formájába.

A neutrínók változásának követése Illinois és Dél-Dakota között ezekben a nagy távolságokban segít a tudósoknak jobban megérteni ezeket az oszcillációkat, mivel teljesebb képet ad róluk, mint a Fermilab jelenlegi, Illinois és Minnesota közötti 500 mérföldes NOvA kísérlete.

Mindez egy mérföldnyire a föld alatt megvédi az apró, oszcilláló részecskéket az energetikai kozmikus sugaraktól, amelyek másodpercenként záporoznak a Föld felszínére, és zavarhatják az adatokat.

Fejtsd meg az univerzum titkait

A tudósok azt remélik, hogy három kulcskérdésre választ adnak a DUNE segítségével: miért áll az univerzum inkább anyagból, mint antianyagból, mi történik, ha egy csillag összeomlik, és a protonok bomlanak?

„Közvetlenül az ősrobbanás után az anyag és az antianyag megközelítőleg azonos mennyiségben jött létre” – mondta Pichai. De ma a tudósok szerint az univerzum szinte teljes egészében anyagból áll.

„Miért kötöttünk ki egy anyaguniverzummal, nem pedig egy antianyag univerzummal?” ő hozzáadta.

A DUNE sugarat úgy tervezték, hogy neutrínókat és antineutrínókat, az antianyag változatát egyaránt létrehozza. Az egyes típusok oszcillációinak megvizsgálása segíthet a tudósoknak kitalálni, mi történt az összes antianyaggal.

A projekt a szupernóva fizikára is vonatkozik, mondta Beshai.

1987-ben a csillagászok egy fényes szupernóva-robbanást láttak közelebbről, mint bármely más robbanás körülbelül 400 év alatt. Az akkoriban rendelkezésre álló detektorokkal csak körülbelül néhány tucat neutrínót tudtak észlelni.

Pichai szerint 40 százalék esély van arra, hogy egy másik közeli csillag felrobbanjon a következő évtizedben, és a Fermilab reméli, hogy legalább egy dél-dakotai detektora időben üzembe kerül.

Egy ilyen nagy detektor több ezer neutrínót képes befogni, és betekintést nyújthat a fekete lyukak és a neutroncsillagok kialakulásába.

Végül a tudósok még nem látták a protonok bomlását, de az elmélet azt jósolja, hogy ez meg fog történni. A protonok kicsi, pozitív töltésű részecskék, amelyek az atommag részét képezik.

A protonbomlás megfigyelése hatással lehet Albert Einstein azon meggyőződésére, hogy egyetlen elmélet képes egyesíteni a természet összes erőjét.

Ha a protonok lebomlanak, az körülbelül 10 milliárd billió billió évbe telne. Pichai azonban azt mondta, hogy a neutrínódetektorok a protonbomlás különböző jeleit kereshetik. – Lehetőségünk lesz látni őket, ha igazak ezek a nagyszerű egységes elméletek.

Ambiciózus projekt

Jelenleg számos neutrínóprojekt létezik szerte a világon, köztük a Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) és az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (CERN).

A DUNE-t az argon használata, valamint a közeli és távoli detektorok közötti nagy távolság teszi egyedivé.

A projekt költségvetési és ütemezési kudarcokkal szembesült, American Scientific 2022-re jelentették. Állítólag négy argondetektorral rendelkezik, de kettővel fog indulni.

Pichai elmondta, hogy az első detektor 2028 végén léphet üzembe, a második pedig jövőre. Ezek az elemek szupernóva-robbanás esetén készen állnak, de a sugárrész csak 2031-re lesz kész.

Pichai azonban úgy véli, hogy a projekt már elérte egyik legnagyobb vívmányát, 36 ország mintegy 1400 emberének együttműködését. „Ez egy nagy tudomány” – mondta. „Ez is egy nagy nemzetközi zászló.”