Ilmuwan berhasil menipu waktu dan menangkap partikel hantu
Fisikawan Rusia, bersama dengan rekan Amerika mereka, berhasil menemukan konfirmasi dari hampir setengah abad prediksi bahwa apa yang disebut "partikel hantu" neutrino berinteraksi dengan materi biasa. Sebuah studi telah dilakukan yang dapat membantu membuat perangkat yang dapat melihat melalui reaktor nuklir, serta mengetahui proses apa yang terjadi di dalam supernova.
Pada tahun 1974, sebuah teori diungkapkan di antara para ilmuwan tentang kemungkinan interaksi dengan cara yang tidak diketahui antara neutrino dan materi. Partikel elementer ini, jutaan kali lebih ringan dari elektron, dapat dengan bebas melewati planet-planet. Tabrakan dengan inti atom terjadi secara berkala, dan neutrino berinteraksi dengan beberapa neutron dan proton. Tapi empat dekade lalu, para ilmuwan membuat asumsi bahwa interaksi mungkin terjadi antara neutrino dan nukleus secara keseluruhan. Mekanisme ini disebut hamburan neutrino koheren pada inti. Itu diusulkan sebagai salah satu komponen dari Model Standar interaksi elektroweak, tetapi belum dikonfirmasi secara eksperimental sampai sekarang.
Interaksi elektro-lemah adalah gambaran umum dari beberapa interaksi fundamental - elektromagnetik dan lemah. Secara umum diterima bahwa setelah alam semesta mencapai suhu sekitar 1015 kelvin (dan ini terjadi segera setelah Big Bang), interaksi ini menjadi satu kesatuan. Gaya lemah, berbeda dengan elektromagnetik, memanifestasikan dirinya dalam skala yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan ukuran inti atom. Mereka menyediakan peluruhan beta inti, di mana dimungkinkan untuk melepaskan tidak hanya neutrino, tetapi juga antineutrino. Pada saat yang sama, menurut teori interaksi elektrowak, tidak hanya sebuah neutrino yang muncul, tetapi juga interaksinya dengan materi, materi.
Teori tersebut mengatakan bahwa jika terjadi proses interaksi antara neutrino dan inti karena hamburan koheren, maka energi dilepaskan, yang ditransfer ke inti melalui Z-boson, yang merupakan pembawa interaksi lemah. Sangat sulit untuk memperbaiki proses ini, karena pelepasan energi sangat kecil. Untuk meningkatkan kemungkinan hamburan koheren, elemen berat digunakan sebagai target, khususnya cesium, yodium dan xenon. Pada saat yang sama, semakin berat intinya, semakin sulit untuk mendeteksi rekoil ini, yang pada akhirnya juga memperumit situasi.
Para ilmuwan mengusulkan penggunaan detektor kriogenik untuk mendeteksi hamburan neutrino, yang secara teoritis mampu merekam bahkan interaksi materi sederhana dan materi gelap. Detektor kriogenik adalah ruang yang sangat dingin, dengan suhu hanya seperseratus derajat di atas nol absolut, dan yang menangkap sejumlah kecil panas yang dilepaskan selama reaksi inti dengan neutrino. Kristal kalsium atau germanium tungstate digunakan sebagai substrat; selain itu, perangkat superkonduktor, cairan inert atau semikonduktor yang dimodifikasi juga dapat berperan sebagai detektor.
Setelah melakukan perhitungan yang diperlukan, para peneliti menemukan bahwa kandidat ideal untuk target adalah cesium iodida dengan pengotor natrium. Kristal zat inilah yang menjadi dasar untuk detektor kecil (beratnya hanya 14 kilogram, dan ukurannya 10x30 sentimeter). Detektor ini dipasang di sumber neutron SNS, yang terletak di negara bagian Tennessee, AS, di Laboratorium Nasional Oak Ridge. Detektor ditempatkan di terowongan yang dilapisi beton dan besi, sekitar dua lusin meter dari sumber, yang mereproduksi berkas neutron, tetapi pada saat yang sama terdapat efek samping - neutrino.
Sumber buatan SNS, berbeda dengan sumber alami neutrino, khususnya atmosfer Bumi atau Matahari, mampu menghasilkan berkas neutrino yang cukup besar untuk ditangkap oleh detektor, tetapi pada saat yang sama cukup kecil untuk menyebabkan hamburan yang koheren. Seperti yang dicatat para peneliti, detektor dan sumber cocok hampir sempurna. Molekul cesium iodida, ketika berinteraksi dengan partikel, diubah menjadi sintilator (dengan kata lain, mereka memancarkan kembali energi dalam bentuk cahaya). Dan lampu inilah yang terdaftar. Menurut Model Standar, neutrino muonik, neutrino elektron, dan antineutrino muonik masuk ke dalam interaksi dengan kristal.
Video promosi:
Penemuan ini penting. Dan intinya bukanlah bahwa para ilmuwan sekali lagi mengkonfirmasi gambaran fisik dunia, yang dijelaskan oleh Model Standar. Melalui hamburan yang koheren, para ilmuwan berharap dapat mengembangkan alat dan teknik khusus untuk memantau reaktor nuklir yang akan membantu melihat melalui dinding apa yang terjadi di dalam. Selain itu, hamburan koheren terjadi di dalam neutron dan bintang biasa, serta selama ledakan supernova. Dengan demikian, ini akan memberikan kesempatan untuk mempelajari lebih lanjut tentang struktur dan kehidupan mereka. Para ilmuwan tahu bahwa neutrino yang ada di perut supernova menghantam kulit terluar selama ledakan, membentuk gelombang kejut yang merobek bintang menjadi beberapa bagian. Karena hamburan yang koheren, interaksi serupa antara neutrino dan materi bintang yang meledak dapat dijelaskan.
Selain itu, dalam pencarian WIMPs - partikel teoretis materi gelap - para peneliti mengandalkan pendeteksian radiasi yang muncul dari tabrakan dan inti atom mereka. Ini harus dibedakan dari latar belakang yang menciptakan hamburan neutrino yang koheren. Hal ini dapat meningkatkan data yang dapat diperoleh tentang materi gelap menggunakan detektor kriogenik dan lainnya.
