Otkriće koje bi moglo da promeni sve što znamo o svetu

Prema postojećim teorijama, pre oko 13,7 milijardi godina, kada je svemir nastao, proizvodile su se jednake količine materije i antimaterije, koji bi međusobno trebalo da se poništavaju. Međutim, proračuni pokazuju da materije ipak ima nešto više nego antimaterije, ali ne znamo zašto je to tako.

Da bi se ova asimetrija objasnila, pored naelektrisanja, potrebno je da pronađemo još neku razliku između materije i antimaterije. To je veliki zadatak savremene fizike, jer bi prema važećim teorijama, materija i antimaterija trebalo da budu jednako zastupljene i nova studija ide u tom pravcu.

Čudni neutrini

U normalnim okolnostima, nestabilna jezgra nekih radioaktivnih atoma gube neutron kroz proces beta raspada - neutron se transformiše u proton, otpuštajući elektron i sićušnu česticu poznatu kao elektronski antineutrino.

Još jedna opcija je konfiguracija koja podeća na sliku u ogledalu u odnosu na originalnu i u tom slučaju, proton se pretvara u neutron, otpušta pozitron i elektronski neutrino - pandan antineutrinu u normalnoj materiji.

Do dvostrukog beta raspada dolazi kada se otpuštaju dva elektrona i dva antineutrina (pandan neutrinima u antimateriji), pa se tako beta raspad događa dva puta.

Naučnici su dugo teoretisali o mogućem postojanju bezneutrinske verzije ovog procesa, one u kojoj bi se dva neutrina međusobno poništila, pošto napuste atom. U suštini, neutrino se ponaša kao sopstveni antimaterijski pandan.

Čestice materije koje su sami sebi antičestice, nazivaju se Majoranovim fermionima, po fizičaru Etoreu Majorani, koji je predvideo njihovo postojanje 1937.

Ako se neutrini i antineutrini ponašaju različito, to bi moglo da objasni zašto se sva materija nije poništila antimaterijom, čim je svemir nestao.

Detektovanje raspada

Međutim, nije lako detektovati bezneutrinski dvostruki beta raspad, a krivac je kosmičko zračenje, kaže Bernhard Švingenhojer, predstavnik GERmanium Detector Array (GERDA) projekta.

Tako su se fizičari okrenuli GERDA laboratoriji u Italiji u kojoj je napravljen bazen sa tečnim argonom obogaćenim izotopom gemanijuma-76, koji je blago radioaktivan. Njegovo vreme poluraspada od 1,78 x 10^21 (odnosno 1,78 milijardi biliona godina), znači da je toliko vremena potrebno da se polovina njegovih atoma pretvori u selenijum, što znači da je to vreme mnogo duže od starosti svemira.

Obično germanijum emituje dva elektrona i dva elektronska antineutrina u "običnom" dvostrukom beta procesu. Međutim, fizičari su želeli da vide da li se ovaj proces ikad odigrava bez otpuštanja neutrina. Neko bi možda pomislio da se za takav eksperiment mora čekati milijardama godina, ali je vreme poluraspada vrlo rastegljivo.

Zato su istraživači upotrebili oko 40 kg germanijuma pomešanog sa tečnim argonom što je dalo oko 45 biliona biliona atoma, što znači da bi barem neki od njih trebalo da krenu u proces poluraspada dok naučnici gledaju.

A posle 7 meseci istraživanja...

Podaci su prikupljani tokom sedam meseci - od decembra 2015. do juna 2016. i nažalost, nisu detektovali poluraspad, ali su zato mogli da spuste granicu toga koliko često se poluraspad događa.

Da su kojim slučajem detektovali poluraspad, to bi značilo da su neutrini istovremeno svoje antičestice, jer bi u suprotnom bezneutrinski poluraspad bio nemoguć.

Takođe, to bi značilo da radioaktnivni raspad nije simetričan odnosno da nije uvek slučaj da beta poluraspad ima svoju "sliku u ogledalu", tako što se emituju elektroni i antineutrini ili pozitroni i neutrini.

Ako, pak, nije simetričan, to znači da se neutrini i antineutrini ponašaju drugačije u odnosu na sve druge čestice koje su ikada pronađene.

Ovaj fenomen mogao bi da u potpunosti promeni standardni model, koji je dosad bio uspešan u opisivanju fizike čestica, ali koji očigledno ima svoje nedostatke.

GERDA eksperiment tek bi trebalo da otkrije o čemu se radi, jer je sasvim moguće da je potrebno samo čekati nešto duže.