Mjerenje Kvantne Veličine Neutrina: Revolucija u Fizici Čestica
Uznemirujuće vijesti u svijetu fizike: po prvi put je mjerena kvantna veličina neutrina korištenjem inovativnih mjerenja raspadanja ovog misteroznog subatomskog čestica. Neutrini, koji se smatraju drugima najčešćim česticama u svemiru nakon fotona, također su najrašireniji čestice s masom. Ipak, dugo se smatralo da bi njihovo eksperimentalno dokazivanje moglo biti nemoguće zbog njihove iznimno slabe interakcije s drugim oblicima materije.
Još Uvijek Puno Neistraženog
Pitanje veličine neutrina već je dugo vremena ostalo otvoreno, no novo istraživanje je otvorilo vrata razumijevanju ovih zanimljivih čestica. Nedavne (neizravne) detekcije neutrina koji su 35 puta energičniji od prethodnog rekordnog testa pokazuju ogromne propuste u našem znanju o ovim česticama. Kada uspijemo uočiti neutrino, često možemo procijeniti njegovu energiju, no mnoge druge mjere, uključujući i njihovu veličinu, dosad su bile izvan naše mogućnosti.
Inovativna Istraživanja
Tim istraživača je u novom radu opisao neutrino kao “najmanje shvaćene temeljne čestice prirode”. Koristili su radioaktivni beryllij koji je ugrađen u nadprovodničke senzore od tantal-aluminija. Zanimljivo je da subatomske čestice nemaju fiksne veličine kao obični objekti; umjesto toga, korištenje valno-čestične dualnosti znači da postoje kao valna vjerojatnosna distribucija.
Ranije procjene veličine neutrina su varirale deseterostruko, što može biti kao da se ne zna da li je nešto veličine marblesa ili veličine udaljenosti između Zemlje i Sunca.
Kako Su Proveli Istraživanje?
Tim istraživača dopustio je atomima beryllija-7 da se raspadnu u litij, što je proces koji proizvodi neke od neutrino čestica koje detektiramo iz Sunca. “Preciznim mjerenjem ponašanja litijevih atoma proizvedenih u raspadu beryllija, izravno pristupamo kvantnim svojstvima neutrina – česticama koje su poznate po svojoj težoj detekciji”, izjavio je Kyle Leach, izvanredni profesor fizike na Colorado School of Mines, koji je suvodio istraživanje.
Ova metoda, nazvana BeEST (Beryllium Electron capture in Superconducting Tunnel junctions), djeluje jer su neutrino i litijevo jezgro međusobno isprepleteni, što znači da mjerenja jednog mogla otkriti informacije o drugom.
Važni Rezultati
Tim je zaključio da neutrino u ovom slučaju ima prostornu širinu veću ili jednaku 6.2 pikometra. Iako je to deseti dio radijusa malog atoma, to je otprilike tisuću puta veća veličina od atomskog jezgra. Ipak, to je i dalje znatno manje od gornje granice prethodnih istraživanja koja su sugerirala mogućnost da neutrini mogu imati veličinu i do 2 metra.
Neutrini dolaze u različitim “okusima,” a mjerenja se primjenjuju samo na one poznate kao elektronski neutrini.
Izvrsni Znanstveni Postupci
Većina eksperimentalnih postavki za proučavanje neutrina uključivati snažne akceleratore čestica poput Velikog Hadronskog Sudarača ili velike kolektorske polja zakopane u ledu ili na dnu mora. Ovaj tim je uspio promatrati ponašanje litijevih atoma s nadprovodnim senzorima tanjim od ljudske kose, što je omogućilo provedbu eksperimenta u skromnom laboratoriju.
Leach naglašava: “Naš rad je pravi primjer kako mali, visoko precizni eksperimenti mogu dopuniti otkrića u velikim akceleratorima čestica.” Dodao je: “Ovo je samo vrh ledenjaka. Naši nalazi mogu imati dalekosežne posljedice, od preciziranja standardnog modela fizike čestica do poboljšanja metoda za detekciju neutrina iz nuklearnih reaktora i astrofizičkih izvora.” Uzbuđeni smo zbog onoga što slijedi!
Završna Misao
Studija je objavljena s otvorenim pristupom u časopisu Nature i predstavlja značajan korak naprijed u razumevanju takozvanih “nevidljivih” čestica. Kako se nastavlja istraživanje neutrina, mogli bismo otkriti nove tajne svemira koje ostaju skrivene pred našim očima.
