Az olasz hegyek mélyén kutatják a neutrínók titkát

Mélyen az olaszországi hegyek gyomrában zajlik az a kísérlet, amely könnyen átírhatja a részecskefizika jelenlegi ismereteit. A Gran Sasso Nemzeti Laboratóriumában több mint húsz nemzetközi kutatócsoport – köztük a Yale szakemberei – évek óta kutatja a ritka „neutrinómentes kettős béta-bomlást”. Ez a folyamat, ha létezik, alapjaiban cáfolná a Standard Modell egyik legfontosabb tételét, és választ adhatna arra, miért van több anyag, mint antianyag a világegyetemben.

Új szintre lépett a zajszűrés a föld alatti laborban

A CUORE (Kriogén Földalatti Obszervatórium Ritka Eseményekhez, angolul: Cryogenic Underground Observatory for Rare Events) nevű kísérlet során 2 tonnaévnyi adatot gyűjtöttek, vagyis akkora mennyiséget, amit két egytonnás kristállyal két éven át végeztek volna el. Ennek során tellúr atomokban vizsgálták, milyen gyakran fordul elő a feltételezett „neutrinómentes” kettős béta-bomlás, amely során nem keletkeznek antineutrinók. Ha ezt sikerülne kimutatni, az azt jelentené, hogy a neutrínó saját antirészecskéje, a Majorana-részecske, amely radikálisan új irányokat nyitna a fizika számára.

Nem elhanyagolható tényező, hogy a laboratórium közel másfél kilométer vastag kőzet alatt található, amelyet alacsony sugárzású ólommal védtek – az ólom egy 2000 éves római hajóroncsból származik. Ugyanakkor még így sem zárható ki a háttérzaj: a kutatócsoportok munkatársainak beszédhangjai, a tengermoraj és a távoli földrengések is mérhető rezgéseket keltenek. Ezek kiszűrésére fejlesztették ki azt az új algoritmust, amely a szokásos „zajszűrős fejhallgatókhoz” hasonló elven működik, csak sokkal nagyobb léptékben.

Egy lépéssel közelebb a nagy felfedezéshez

A kutatók több tucat érzékelőt telepítettek a detektor környékére, amelyek a hőmérsékletet, hangot, vibrációt és elektromos zavarokat rögzítik. Ezeket összevetették a detekciós mérésekkel, így sikerült szétválasztaniuk a valódi jeleket a zajtól. Az így kapott adatsorral sikerült igazolni, hogy ez a folyamat legfeljebb 50 szextillió évente fordul elő egyetlen tellúr-atomban. Ez a szám érzékelteti, mennyire ritka, vagy talán nem is létező jelenséget próbálnak bizonyítani.

CUORE után érkezik a CUPID

Az adatgyűjtés folytatódik az év végéig, majd átveszi a helyét a CUPID (A CUORE továbbfejlesztett változata részecskeazonosítással, angolul: CUORE Upgrade with Particle Identification), ahol már továbbfejlesztett fényérzékelőkkel és dúsított molibdén-kristállyal próbálják növelni a detektor érzékenységét és csökkenteni a háttérzajt. Mindezt figyelembe véve egy sikeres észlelés végérvényesen bizonyíthatná, hogy a neutrínó valóban saját antirészecskéje, ami súlyos csapást mérne a Standard Modellre, és új korszakot hozna a fizika számára.

2025, adminboss, phys.org alapján