یک تیم بینالمللی از دانشمندان دادههای جمعآوریشده در یک دوره مشاهده معادل دو تن سال را تجزیه و تحلیل کردند و محدودیتهای مربوط به قابلیت دوام واپاشی بتا بدون نوترینو را اصلاح کردند. بر اساس نتایج، اگر واپاشی غیر نوترینو واقعاً رخ دهد، فرکانس آن از یک در 50 کوادریلیون سال – یعنی هر یک تریلیون تریلیون سال – تجاوز نمی کند. این کار در مجله Science منتشر شد.
در اعماق کوه گران ساسو در مرکز ایتالیا، فیزیکدانان در حال ادامه یکی از مرموزترین آزمایشات در علم مدرن هستند. پروژه CUORE (رصدخانه زیرزمینی برودتی برای رویدادهای نادر)، با مشارکت محققان دانشگاه ییل و دهها مرکز علمی در سراسر جهان، با هدف جستجوی یک فرآیند هستهای نادر – واپاشی مضاعف بتا بدون نوترینول است. کشف آن می تواند ایده های اساسی در مورد ساختار ماده را تغییر دهد.
در واپاشی مضاعف بتا، دو نوترون به دو پروتون تبدیل میشوند که دو الکترون و دو پادنوترینو ساطع میکنند. اما اگر این فرآیند بدون پادنوترینو اتفاق بیفتد، به این معنی است که نوترینوها و پادنوترینوها یکی هستند، به این معنی که نوترینو پادذره خودش است. این نوع بذر را بذر مایورانا می نامند.
برای ثبت چنین رویداد نادری، دانشمندان در شرایط بسیار تمیز مشاهده کردند: آشکارساز زیر تقریباً یک کیلومتر سنگ قرار داشت و توسط سرب به دست آمده از یک کشتی غرق شده رومی دو هزار ساله از تشعشعات محافظت می شد.
با این حال، حتی در این عمق، آزمایش ها هنوز باید با نوسانات پس زمینه – از صدای صدای انسان گرفته تا زلزله و موج سواری در سواحل ایتالیا مقابله کنند. بنابراین، تیم تحقیقاتی یک الگوریتم کاهش نویز ویژه، شبیه به اصل “هدفون حذف نویز” تنها در مقیاس کل آزمایشگاهی توسعه دادند.
پروفسور رینا مارویاما از دانشگاه ییل توضیح می دهد: «ما بر مطالعه ارتعاشات خارجی و یادگیری نحوه کم کردن ریاضی آنها از داده ها برای بهبود جستجوی این واپاشی بسیار نادر تمرکز کردیم.
دانشمندان بیش از دوجین حسگر را نصب کردند که دما، صدا، ارتعاش و تداخل الکترومغناطیسی را اندازه گیری می کنند و با کمک آنها سیستم را آموزش دادند تا سیگنال های واقعی را از “نویز” تشخیص دهد.
کارستن هیگر، استاد دانشگاه ییل، می گوید: «اگر بتوانیم واپاشی مضاعف بتا را بدون نوترینو تشخیص دهیم، این شواهد مستقیمی خواهد بود که نوترینو یک ذره مایورانا است. چنین کشفی توضیح میدهد که چرا ماده بیش از پادماده در جهان وجود دارد و اولین تأیید فیزیک فراتر از مدل استاندارد خواهد بود.»
دانشمندان مطمئن هستند: حتی اگر CUORE برای چندین سال سیگنالی دریافت نکند، هر اندازه گیری جدید آنها را به حل یکی از اسرار اصلی جهان – ماهیت نوترینوها – نزدیک می کند.