Nötrinos: Dünyanın en hassas ölçekte “hayalet parçacıkları”

Ne kadar nötrino ağırlığı, dünyanın en hassas ölçeğini çözmek için fizikteki en büyük bulmacalardan biridir. Bu küçük parçacıkların sayısı dünyadan uçar ve evrenin büyümesi için çok önemlidir.

Hayal edilemeyecek kadar büyük bir sayıda her saniyede uçuyorlar. Tek başına bir küçük resim saniyede yaklaşık 60 milyar nötrino uçar. Küçük nötrinolar o kadar küçüktür ki, neredeyse asla diğer parçacıklarla tepki vermezler.

Heidelberg’deki Max Planck Nükleer Fizik Enstitüsü direktörü Susanne Mertens, “En şaşırtıcı özelliklerden biri, nötrino’nun iyi bilinen madde ile etkileşim olmadan, maddenin içinden uçabilmesidir.” Diyor. Bu yüzden nötrinolara bazen “hayalet parçacıkları” denir. Bununla birlikte, aynı zamanda, muhtemelen evrendeki en yaygın temel parçacıklardır.

Uzun bir süre boyunca, bu tür küçük parçacıkların herhangi bir şey tartılıp tartılamayacağı belirsizdi – yani bir kitle. Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü’nde (Kit) büyük bir ölçüm cihazı bulmacayı çözmelidir. 200 -Ton Test Kurulumu dünyanın en doğru ölçeğidir. Büyük bir dedektör, küçük hayalet parçacıklarının kütlesini, nötrinoları belirlemelidir.

Evrenin “doğum uzmanı” olarak nötrinos

Nötrinolar evrenin her yerinde, özellikle güneşimiz de dahil olmak üzere yıldızlarda. Bir yıldız öldüğünde, yıldızın çöküşünde ortaya çıkan nötrinolar onu süpernova olarak patlatır. Sonuç olarak, yıldızlarda oluşturulan unsurlar daha sonra uzaya dağıtılır. Ve bu unsurlar önemlidir.

Çekirdek füzyonlar yıldızlarda oksijen veya karbon gibi önemli unsurlar yaratır. Ölmekte olan yıldızlar patladığında, unsurlar evrene vurulur.

Kitten Kathrin Valerius, “Yeryüzündeki yaşamın da dayandığı tüm unsurlar bu tür patlamalarda destekleniyor. Bu, nötrinoların belirli bir şekilde obstetriklerin olduğu anlamına geliyor” diyor. Yani evrenin nötrino olmadan hayal edilmesi zordur.

Ara sonuç: Çok fazla tartı nötrino

Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü’nün Katrin Projesi 2018’den beri Nötrinos’un izinde. Ön projeler, nötrinoların bir kitlesine sahip olduğunu zaten göstermiştir. Çünkü bu uzun zamandır net değildi.

Önceki projeler nötrino kütlesini belirlemek için çok kesin değildi. Bunu Karlsruhe’de değiştirmek istiyorsun. Yedi yıl sonra ölçümler bu yıl sona erecek. Nötrino kütlesini ara sonuçlarla daraltabildiler.

Nisan ayının ortalarında uzman dergisi Science’da en son sonuçlarınızı yayınladınız. Bundan sonra, nötrinolar bir elektrondan yaklaşık 500.000 kat daha hafiftir veya gram olarak eksprese edilir: 0.000.000.000.000.000.000.000 002 gram, yani düşünülemez bir şekilde ışık. Bu, kütlenin mevcut üst sınırıdır – muhtemelen çok daha kolaydırlar.

Bununla birlikte, kesin kütle önce belirlenmelidir. Ancak, son kütlenin Karlsruhe’deki ölçüm serisinin sonunda belirlenip belirlenmediği hala belirsizdir. Belki daha büyük ve daha kesin deneyler nötrinoların kesin kütlesini belirleyebilecektir.

Terazi neden 8.000 kilometre seyahat etmek zorunda kaldı?

Karlsruhe deneyi dünyada benzersizdir. Uzun süre planlandı ve ölçeğin 2016 yılında Bavyera’dan Karlsruhe’ye yoğun bir şekilde taşınması gerekiyordu. Ve caddenin karşısında değil – parçalar bunun için çok büyüktü.

Bunun yerine, ölçüm cihazı su yolu, Karadeniz ve daha sonra Ren üzerinden 8.000 kilometrelik bir sapma ile taşındı. Kit kampüsünden kısa bir süre önce, ölçüm cihazı sadece sokaklara sığar, evlerden sadece biraz uzaktır.

İnşaat 60 milyon avroya mal oluyor, deney için ağır hidrojenin ikmal edilmesi yüz binlerce avroya mal oluyor.

Nötrinolar nasıl ölçülür

Ölçek büyük bir ölçüm cihazıdır. Nötrinolar çok küçük ve neredeyse asla diğer parçacıklarla reaksiyona girmediğinden, kanıtlamak çok zordur. Karlsruhe’de, bu nedenle özellikle nötrino üretirler, ancak kütlelerini doğrudan ölçmezler, ancak nötrinolarla ortaya çıkan başka bir parçacığı ölçerek ölçerler. Bu amaçla, araştırmacılar trityumun parçalanmasına izin veriyor. Trityum ezici hidrojendir. Araştırma ekibi, radyoaktif hidrojen izotopunun parçalanmasını kullanır. Bu her zaman bir nötrino ve bir elektron oluşturur. Serbest enerji her iki parçacığa yayılmıştır.

Araştırma ekibi daha sonra elektronların enerjisini ölçer ve nötrinoların kütlesini ondan okuyabilir, yani küçük hayalet parçacıklarının ağırlığını belirler.

Ölçümleri yıllar içinde binlerce kez tekrarlayın. Bununla birlikte, ara sonuçlar zaten en küçük parçacıkların kabaca ne kadar kolay olduğunu göstermektedir. Virgül – hayal edilemez bir şekilde hafif, ancak dünya çapında fizikçiler için önemli bir sayı olan bir sayı. Ve parçacık fiziğinin önemli sorularının anahtarı, aynı zamanda büyük sorular için – örneğin, evrenimizin nasıl genişlemeye ve büyümeye devam ettiği.

Çekirdek füzyon start-up’ları Buna bak Nötrino deney

Temel bir araştırma olarak, Nötrino projesi uzun süredir araştırma dünyası için bir sorundu. Bununla birlikte, endüstri de iki yıldır ilişkili trityum laboratuvarıyla ilgilenmektedir. Özellikle Core Fusion Research’ten yeni başlayanlar kite rapor veriyor.

Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü’ndeki Trityum Laboratuvarı başkan yardımcısı Magnus Schlösser, “Kendimizi soruşturmalardan kurtaramayız” diyor. Şirketler araştırma laboratuvarı ile ilgileniyorlar çünkü ağır radyoaktif hidrojen izotopu olan trityum konusunda çok fazla deneyime sahipler.

Trityum, gelecekte çekirdek füzyon reaktörleri için önemli bir yakıt olabilir. Bu nedenle birçok şirket, Trityum ile Karlsruhe’deki deneyimden yararlanmak istiyor.

Yeni deney karanlık madde arıyor

Araştırma ekibi zaten yeni bir proje üzerinde çalışıyor – hiç kimsenin var olup olmadıklarını bilmediği parçacıklar arayışı. Sadece yerçekimini takip etmeli ve asla farklı bir konu ile tepki vermemelidirler. Bu “steril nötrinolar”, fizikçilerin evreni etrafındaki tüm fenomenleri açıklamak için var olmaları gerektiğini bildikleri, ancak ne yapıldıklarını bilmedikleri “karanlık madde” adlı adaylardır.