Gli scienziati sono riusciti a ingannare il tempo e a catturare una particella fantasma
I fisici russi insieme ai loro colleghi americani sono stati in grado di trovare la conferma di quasi mezzo secolo di previsioni secondo cui la cosiddetta "particella fantasma" dei neutrini interagisce con la materia ordinaria. È stato condotto uno studio che può aiutare a creare un dispositivo in grado di vedere attraverso i reattori nucleari, oltre a scoprire quali processi avvengono all'interno delle supernove.
Nel 1974, una teoria è stata espressa tra gli scienziati sulla possibilità di interazione in qualche modo sconosciuto tra neutrini e materia. Queste particelle elementari, milioni di volte più leggere di un elettrone, possono passare liberamente attraverso i pianeti. Le collisioni con i nuclei atomici si verificano periodicamente ei neutrini interagiscono con alcuni neutroni e protoni. Ma quattro decenni fa, gli scienziati presumevano che fosse possibile un'interazione tra il neutrino e il nucleo nel suo insieme. Questo meccanismo è chiamato diffusione coerente dei neutrini sui nuclei. È stato proposto come uno dei componenti del Modello Standard delle interazioni elettrodeboli, ma fino ad ora non è stato confermato sperimentalmente.
L'interazione elettrodebole è una descrizione generale di diverse interazioni fondamentali: elettromagnetiche e deboli. È generalmente accettato che dopo che l'Universo ha raggiunto una temperatura di circa 1015 kelvin (e questo è accaduto quasi immediatamente dopo il Big Bang), queste interazioni erano un tutt'uno. Le forze deboli, al contrario di quelle elettromagnetiche, si manifestano su una scala molto più piccola rispetto alla dimensione del nucleo atomico. Provvedono al decadimento beta del nucleo, in cui è possibile rilasciare non solo neutrini, ma anche antineutrini. Allo stesso tempo, secondo la teoria dell'interazione elettrodebole, non sorge solo un neutrino, ma anche la sua interazione con la materia, la materia.
La teoria dice che se si verifica un processo di interazione tra il neutrino e il nucleo dovuto allo scattering coerente, in questo caso si ha un rilascio di energia trasferita al nucleo attraverso il bosone Z, che è il vettore dell'interazione debole. È molto difficile correggere questo processo, perché il rilascio di energia è molto insignificante. Per aumentare la probabilità di dispersione coerente, vengono utilizzati elementi pesanti come bersagli, in particolare cesio, iodio e xeno. Allo stesso tempo, più pesante è il nucleo, più difficile è rilevare questo rinculo, che, a sua volta, complica anche la situazione.
Gli scienziati hanno proposto di utilizzare rivelatori criogenici per rilevare la dispersione dei neutrini, teoricamente in grado di registrare anche l'interazione tra materia semplice e materia oscura. Un rivelatore criogenico è una camera molto fredda, con una temperatura di appena un centesimo di grado sopra lo zero assoluto, e che cattura la piccola quantità di calore che viene rilasciata durante la reazione dei nuclei con i neutrini. Cristalli di tungstato di calcio o germanio sono usati come substrato; inoltre, dispositivi superconduttori, liquidi inerti o semiconduttori modificati potrebbero anche svolgere il ruolo di rivelatori.
Dopo aver eseguito i calcoli necessari, i ricercatori hanno scoperto che il candidato ideale per l'obiettivo è lo ioduro di cesio con impurità di sodio. Furono i cristalli di questa sostanza che divennero la base per il piccolo rilevatore (il suo peso era di soli 14 chilogrammi e la dimensione era di 10x30 centimetri). Questo rilevatore è stato installato presso la sorgente di neutroni SNS, che si trova nello stato americano del Tennessee, presso l'Oak Ridge National Laboratory. Il rilevatore è stato posizionato in un tunnel schermato con cemento e ferro, a circa due dozzine di metri dalla sorgente, che riproduce fasci di neutroni, ma allo stesso tempo c'è un effetto collaterale: i neutrini.
Una sorgente artificiale SNS, a differenza delle sorgenti naturali di neutrini, in particolare l'atmosfera terrestre o il Sole, è in grado di produrre un fascio di neutrini sufficientemente grande da essere catturato da un rivelatore, ma allo stesso tempo abbastanza piccolo da causare uno scattering coerente. Come notano i ricercatori, il rilevatore e la sorgente si incastrano quasi perfettamente. Le molecole di ioduro di cesio, quando interagiscono con le particelle, vengono convertite in scintillatori (in altre parole, riemettono energia sotto forma di luce). Ed è stata questa luce che è stata registrata. Secondo il modello standard, un neutrino muonico, un neutrino elettronico e un antineutrino muonico sono entrati in interazione con il cristallo.
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Questa scoperta è importante. E il punto non è affatto che gli scienziati abbiano confermato ancora una volta l'immagine fisica del mondo, descritta dal Modello Standard. Attraverso la diffusione coerente, gli scienziati sperano di sviluppare strumenti e tecniche specifici per il monitoraggio dei reattori nucleari per aiutare a vedere attraverso i muri ciò che sta accadendo all'interno. Inoltre, la dispersione coerente si verifica all'interno di stelle di neutroni e normali, nonché durante le esplosioni di supernova. Pertanto, fornirà l'opportunità di saperne di più sulla loro struttura e vita. Gli scienziati sanno che i neutrini presenti nelle viscere delle supernove colpiscono il guscio esterno durante l'esplosione, formando un'onda d'urto che lacera la stella in pezzi. A causa dello scattering coerente, è possibile spiegare un'interazione simile tra i neutrini e la materia della stella che esplode.
Inoltre, nella ricerca di WIMP - particelle teoriche di materia oscura - i ricercatori si affidano alla rilevazione delle radiazioni che derivano dalla loro collisione e dai nuclei atomici. Deve essere distinto dallo sfondo che crea una diffusione coerente dei neutrini. Ciò può migliorare i dati che possono essere ottenuti sulla materia oscura utilizzando rivelatori criogenici e di altro tipo.
