Νετρίνα: Κλειδί για μυστικά του Σύμπαντος

Τα νετρίνα είναι εδώ και δεκαετίες στο επίκεντρο των πειραμάτων φυσικής. Πρόκειται για σωματίδια με ελάχιστη μάζα, την προέλευση της οποίας δε γνωρίζουμε επαρκώς, τα οποία όντας ηλεκτρικά ουδέτερα, αλληλεπιδρούν ελάχιστα με την ύλη.

Κάθε δευτερόλεπτο, δισεκατομμύρια τέτοια σωματίδια διαπερνούν εμάς τους ίδιους και ολόκληρο τον πλανήτη συνεχίζοντας απρόσκοπτα το ταξίδι τους στο Σύμπαν.

Τα τελευταία χρόνια, έχει ανακαλυφθεί το φαινόμενο της ταλάντωσης των νετρίνων: καθώς υπάρχουν τρία είδη (ταυ, μιονίου και ηλεκτρονίου), ξέρουμε σήμερα πως τα νετρίνα μπορούν και αλλάζουν από τύπο σε τύπο. 

Το φαινόμενο αυτό είχε προβλεφθεί για πρώτη φορά το 1962 από τους φυσικούς Pontecorvo, Maki, Nakagawa και Sakata, όμως μόλις τα τελευταία χρόνια ήταν σε θέση να το παρατηρήσουν οι πειραματικοί φυσικοί. Επιστήμονες του πειράματος Τ2Κ, που μελετάει τέτοια φαινόμενα, ανακοίνωσαν την περασμένη Παρασκευή στο συνέδριο Ευρωπαϊκής Φυσικής στη Στοκχόλμη πως βρήκαν και τρίτο τρόπο ταλάντωσης για τα φευγαλέα αυτά σωματίδια.

Το σημαντικό με αυτή την ανακάλυψη, είναι πως θα ακολουθήσει το πείραμα για το αν παρατηρείται η ίδια ταλάντωση και για τα αντισωματίδιά τους, τα αντινετρίνα. 

Οποιαδήποτε τέτοια ανισορροπία στη συμπεριφορά ύλης και αντιύλης θεωρείται πολύ σημαντική, καθώς ίσως βοηθήσει στο να δοθούν απαντήσεις σε ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα της σύγχρονης φυσικής, που είναι το γεγονός πως στο Σύμπαν έχει επικρατήσει –ευτυχώς για εμάς- η ύλη, έναντι της αντιύλης. 

Σύμφωνα με τις θεωρίες μας, ύλη και αντιύλη ήταν εξίσου πιθανές να δημιουργηθούν μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, και είναι ακόμη ανεξήγητο τι συνέβη με την αντιύλη.

Για να παρατηρήσει τις ταλαντώσεις νετρίνων, το Τ2Κ περιλαμβάνει μια γεννήτρια νετρίνων σε ένα εργαστήριο στην ανατολική ακτή της Ιαπωνίας, και έναν ανιχνευτή 295 χιλιόμετρα μακριά, κάτω από τα βουνά του βορειοανατολικού τμήματος της χώρας. Στα δεδομένα τους, παρατήρησαν 28 καταγεγραμμένες εμφανίσεις νετρίνων μιονίου, ενώ περίμεναν τέσσερις ή το πολύ πέντε.

Ελέγχοντας τα στοιχεία ξανά και ξανά για δύο χρόνια, κατέληξαν πως υπάρχει ένας νέος τρόπος ταλάντωσης μεταξύ νετρίνων ηλεκτρονίου και μιονίου. Πλέον, θα ξεκινήσουν πειράματα για την ανίχνευση της ταλάντωσης νετρίνων αντι-ηλεκτρονίου και αντι-μιονίου, με τους επιστήμονες να είναι αισιόδοξοι πως μπορεί να παρατηρήσουν νέου είδους φυσική.

πηγή-naftemporiki.gr

Διαβάστε περισσότερα... »

Είναι το νετρίνο... το ίδιο το αντισωματίδιό του(!);

Το ανανεωμένο πείραμα GERDA II, θα χρησιμοποιήσει 40 κιλά γερμανίου, όπου με βελτιωμένες τεχνικές, θα είναι σε θέση να ανιχνεύσει διάσπαση σε σελήνιο εντός τριών ετών.

Ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια της σύγχρονης φυσικής, είναι το γιατί η ύλη επικράτησε της αντιύλης στο Σύμπαν. 

Σύμφωνα με την υπάρχουσα θεωρία, το Σύμπαν θα έπρεπε να είναι άυλο, καθώς η ύλη και η αντιύλη σχηματίζονται (ακόμη και στο κενό) σε ζεύγη σωματιδίων, τα οποία όταν συγκρούονται εξαϋλώνονται, απελευθερώνοντας ενέργεια.

Έτσι, η ύπαρξη των γαλαξιών, των πλανητών και των ανθρώπων δείχνει πως «κάτι πήγε στραβά» στη φυσική θεωρία, και η ύλη βρήκε ένα τρόπο να υπερισχύσει της αντιύλης.

Ήδη από τη δεκαετία του ’50, είχε προταθεί μια ιδέα που ίσως διέσωζε την κατάσταση: εάν υπήρχε μία ραδιενεργή διάσπαση, που δε συμπεριλάμβανε νετρίνα, τότε υπήρχε τρόπος να εξηγηθεί η πολύ χαμηλή μάζα αυτών των σωματιδίων, αλλά και η επικράτηση της ύλης στο Σύμπαν.

Η διάσπαση αυτή αποκαλείται «διπλή διάσπαση βήτα χωρίς νετρίνα», και προϋποθέτει πως το νετρίνο και το αντι-νετρίνο είναι το ίδιο και το αυτό σωματίδιο. Τότε, το νετρίνο αποκτά τις ιδιότητες σωματιδίου Μαχοράνα, ενός θεωρητικού είδους σωματιδίων που είχε προβλεφθεί από τον Ιταλό φυσικό Ετόρε Μαχοράνα το 1937.
Σε μία συνηθισμένη διπλή διάσπαση βήτα, δύο νετρόνια εντός ενός ατομικού πυρήνα, μετασχηματίζονται σε πρωτόνια, ενώ εκπέμπουν ηλεκτρόνια και νετρίνα. 

Εάν ισχύει πως το νετρίνο είναι και το αντισωματίδιό του, τότε θα έπρεπε οι ερευνητές να παρατηρήσουν και μία παραλλαγή αυτής της διάσπασης, όπου τα δύο νετρίνα εξαϋλώνονται και την ενέργειά τους απορροφά ο πυρήνας. Τότε, από τη διάσπαση θα εκπέμπονταν μονάχα δύο ηλεκτρόνια.

Με βάση τη συγκεκριμένη ιδέα, στήθηκε το πείραμα GERDA (GERmanium Detector Array), στο Γραν Σάσο της Ιταλίας το 2004. Δεκαπέντε κιλά κρυστάλλων γερμανίου, κρατήθηκαν για πολλά χρόνια σε πλήρη απομόνωση κάτω από τα βουνά. 

Οι επιστήμονες παρατηρούσαν, ελπίζοντας να ανιχνεύσουν μία μεταστοιχείωση του γερμανίου-76 σε σελήνιο-76. Εάν συνέβαινε κάτι τέτοιο, θα μπορούσε να αποτελεί την αρχή για την κατανόηση της προτίμησης της φύσης στην ύλη, αλλά και για τη φύση των νετρίνων και την προέλευση της μάζας τους.

Τον περασμένο μήνα όμως, οι 60 συνεργαζόμενοι επιστήμονες ανακοίνωσαν πως δεν παρατήρησαν καμία τέτοια διάσπαση, και πως εάν όντως συμβαίνει, τότε λαμβάνει χώρα μία φορά σε τουλάχιστον 30 εξάκις εκατομμύρια χρόνια, πολλές τάξεις μεγέθους μεγαλύτερο χρονικό διάστημα από την ηλικία του Σύμπαντος. 

Εάν συνέβαινε συχνότερα, θα είχε ανιχνευθεί κάποιο σήμα. Άλλα πειράματα, όπως το EXO-200 και το KamLAND-Zen, βρίσκουν παρόμοιους χρόνους τέτοιας διάσπασης για άλλα στοιχεία όπως το ξένο-136.

Παρόλα τα αρνητικά αυτά δεδομένα, οι ερευνητές δεν το βάζουν κάτω. Το ανανεωμένο πείραμα GERDA II, θα χρησιμοποιήσει 40 κιλά γερμανίου, όπου με βελτιωμένες τεχνικές, θα είναι σε θέση να ανιχνεύσει διάσπαση σε σελήνιο εντός τριών ετών, ακόμη κι αν συμβαίνει μία τέτοια ανά 100 εξάκις εκατομμύρια χρόνια. 

Η επιμονή αυτή μάλλον οφείλεται στο ότι η ιδέα πως τα νετρίνα είναι σωματίδια Μαχοράνα, «παραείναι όμορφη για να την αφήσουμε τόσο εύκολα», σύμφωνα με ορισμένους φυσικούς.

πηγή-naftemporiki.gr

Διαβάστε περισσότερα... »

Τα μυστηριώδη νετρίνα έχουν διάφορες... "γεύσεις"

Ανακοινώθηκαν τα αποτελέσματα ενός μεγάλου πειράματος στην Ιαπωνία για τη φύση και τη λειτουργία των νετρίνων, των μυστηριωδών σωματιδίων που θεωρείται ότι δημιουργήθηκαν κατά τη γέννηση του Σύμπαντος.

Είχε διαπιστωθεί ότι υπάρχουν τρεις διαφορετικοί τύποι νετρίνων: 

-τα νετρίνα ηλεκτρονίων, 

-τα μιονικά νετρίνα και 

-τα νετρίνα τ.

Κάθε τύπος έχει διαφορετική μάζα. Οι ειδικοί έχουν προσδώσει σε αυτούς τους τύπους τον χαρακτηρισμό «γεύσεις».

Ως πρόσφατα οι επιστήμονες πίστευαν ότι τα νετρίνα δεν μπορούν να αλλάξουν από τη μία γεύση στην άλλη. Οι ερευνητές στην Ιαπωνία είδαν όμως τα νετρίνα να μεταπηδούν από τη μία γεύση στην άλλη, ανακάλυψη που αναμένεται να προσφέρει νέα στοιχεία για αυτή την αρχέγονη ύλη του Σύμπαντος αλλά και να ρίξει φως σε διάφορα κοσμικά μυστήρια όπως το μυστήριο της αντιύλης.

Τα νετρίνα είναι στοιχειώδη σωματίδια που δημιουργούνται κατά τη ραδιενεργό διάσπαση, δηλαδή κατά τη διάρκεια πυρηνικών αντιδράσεων όπως αυτές που συντελούνται στο εσωτερικό των άστρων και στους πυρηνικούς αντιδραστήρες.

Δημιουργούνται επίσης κατά την αλληλεπίδραση των κοσμικών ακτίνων με άτομα ύλης.

Τα περισσότερα νετρίνα που φθάνουν στη Γη προέρχονται από τον Ήλιο  Το πρόβλημα με τα συγκεκριμένα σωματίδια έγκειται κυρίως στο ότι είναι πολύ δύσκολο να ανιχνευθούν γιατί αλληλεπιδρούν πολύ ασθενώς με την ύλη και επιπλέον κινούνται σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός.

Το πείραμα
Το πείραμα ΤΚ2 ξεκίνησε το 2010 και αναμενόταν να επιβεβαιώσει (ή όχι) αυτή την ικανότητα των νετρίνων να... μεταλλάσσονται. Το ΤΚ2 είναι μια διεθνής συνεργασία στην οποία συμμετέχουν περισσότεροι από 500 επιστήμονες από τη Γαλλία, τη Γερμανία, τη Μεγάλη Βρετανία, τις ΗΠΑ, την Ιαπωνία, την Ιταλία, τον Καναδά, τη Νότια Κορέα, την Πολωνία και τη Ρωσία. Μια πηγή νετρίνων παράγει μιονικά νετρίνα, τα οποία στη συνέχεια συλλέγονται από διάφορους ανιχνευτές.

Ο τελευταίος από αυτούς είναι ο Super-K, μια τεράστια υπόγεια εγκατάσταση που βρίσκεται σε απόσταση περίπου 300 χλμ. από την πηγή.

Δυστυχώς ο καταστροφικός σεισμός που έγινε το 2011 στην Ιαπωνία δεν επέτρεψε την επανάληψη και επιβεβαίωση των αρχικών παρατηρήσεων του πειράματος. Οι επιτελείς του ΤΚ2 εμφανίστηκαν στις 19 Ιουλίου σε συνέδριο της Ευρωπαϊκής Εταιρείας Φυσικής που έγινε στη Στοκχόλμη και ανακοίνωσαν ότι οι ερευνητές είδαν τη μεταπήδηση των νετρίνων από τον έναν τύπο στον άλλον. 

Προηγούμενες έρευνες είχαν υποδείξει την ικανότητα των νετρίνων να μεταπηδούν από τον έναν τύπο στον άλλον, οι παρατηρήσεις όμως του πειράματος ΤΚ2 θεωρούνται οι πιο έγκυρες για να πιστοποιήσουν το φαινόμενο.

Ο ανιχνευτής NOVA του εργαστηρίου Fermilab, ο μεγαλύτερος ανιχνευτής νετρίνων στη Βόρεια Αμερική, ίσως επιτρέψει στους φυσικούς να μετρήσουν τη μάζα των θεμελιωδών αυτών σωματιδίων, ενώ παράλληλα θα μελετήσει το κατά πόσο βοήθησαν την ύλη να κυριαρχήσει έναντι της αντιύλης λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη που γέννησε το Σύμπαν.

Το γιγάντιο μηχάνημα που συναρμολογείται στη Μινεσότα θα μελετήσει την ισχυρότερη δέσμη νετρίνων του κόσμου, η οποία θα εκπέμπεται από έναν επιταχυντή του Fermilab κοντά στο Σικάγο και θα περνά μέσα από 810 χιλιόμετρα συμπαγούς βράχου.

πηγή

Διαβάστε περισσότερα... »

Πύλος: Ένα από τα μεγαλύτερα πειράματα όλων των εποχών

Ποια αόρατα σωματίδια της ύλης που έχουν σχέση με τη δημιουργία του σύμπαντος αναζητούν οι επιστήμονες σε βάθος 5.000 μέτρων κάτω από τη θάλασσα; Στο φρέαρ των Οινουσσών κοντά στην Πύλο πραγματοποιείται ένα από τα μεγαλύτερα πειράματα όλων των… εποχών.

Αστρονομία και κατασκευή τηλεσκοπίου στα βάθη της θάλασσας. Ακούγεται απίστευτο, είναι όμως πέρα για πέρα αληθινό. Ένα από τα σημαντικότερα πειράματα στην ιστορία της Φυσικής βρίσκεται σε εξέλιξη εδώ και δύο δεκαετίες, τριάντα ναυτικά μίλια έξω από την Πύλο, μέσα στη θάλασσα, σε βάθος πέντε χιλιάδων μέτρων.

Είναι το πείραμα ανίχνευσης νετρίνων, με την ονομασία Νέστωρ (λόγω του βασιλιά της περιοχής στην αρχαιότητα), που προβλέπει την τοποθέτηση ενός τεράστιου τηλεσκοπίου 12 ορόφων με διάμετρο 32 μέτρα και συνολικό ύψος 330 μέτρα, μεγαλύτερο και από τον πύργο του Άιφελ. 

Μέσα από αυτό αναδύεται μια νέας μορφής αστρονομία, πέρα από τον ουρανό και πέρα από την υπάρχουσα επιστημονική γνώση, από την οποία ο καθηγητής του Πανεπιστημίου της Αθήνας και επικεφαλής του προγράμματος Λεωνίδας Ρεσβάνης και η ομάδα του αναμένουν το απρόσμενο επιχειρώντας να χαρτογραφήσουν τα πιο αρχέγονα και τα πιο περίεργα σωματίδια της ύλης, τα άγνωστα νετρίνα.

Ελάχιστοι γνωρίζουν ότι το ομώνυμο πρόγραμμα NESTOR (Neutrino Extended Submarine Telescope with Oceanographic Research) που συγχρηματοδοτείται από τη γενική γραμματεία έρευνας και τεχνολογίας και τον ΟΟΣΑ (Οργανισμός για την Οικονομική Συνεργασία και Ανάπτυξη) έχει στόχο να φτιάξει έναν νέο χάρτη του ουρανού μελετώντας νετρίνα υψηλής ενέργειας, μια μορφή ακτινοβολίας που δεν έχει μελετηθεί καθόλου και της οποίας οι ιδιότητες μπορεί να αλλάξουν άρδην την αντίληψη για τη δημιουργία του σύμπαντος.

Όπως υποστηρίζουν οι επιστήμονες, τα νετρίνα, τα σωματίδια-φαντάσματα που είναι ηλεκτρικά ουδέτερα και έχουν σχεδόν μηδενική μάζα, ταξιδεύουν ευθύγραμμα και αδιάκοπα στις αχανείς εκτάσεις του σύμπαντος με ταχύτητες σχεδόν όση και η ταχύτητα του φωτός, χωρίς να παρεκκλίνουν, να αντιδρούν ή να διασπώνται από τη μεσοαστρική ύλη και ταξιδεύουν από την αρχή της δημιουργίας του κόσμου, το περίφημο Big Bang (Μεγάλη Έκρηξη) που έλαβε χώρα πριν από 15 δισεκατομμύρια χρόνια.

Οι αόρατοι αυτοί ταξιδιώτες του Διαστήματος κρύβουν μέσα τους πληροφορίες για τη δημιουργία του σύμπαντος και για τον λόγο αυτό το Ινστιτούτο Νέστωρ στην Πύλο εκμεταλλεύτηκε μια γεωγραφική ιδιομορφία της περιοχής προκειμένου να «εγκλωβιστούν» και να «φωτογραφηθούν» κάποιες από τις ποσότητες αυτών των σωματιδίων που φτάνουν στη Γη.

Έτσι λοιπόν, σε απόσταση μόλις 7,5 ναυτικών μιλίων από το νησί Σαπιέντζα και 11 ν.μ. από τη Μεθώνη, σε βάθος 5.000 μ. εντοπίστηκε ένα τεράστιο υποθαλάσσιο πηγάδι ικανό να «παγιδεύσει» τα ίχνη αυτών των κοσμικών πληροφοριοδοτών.

Όπως μας εξηγεί ο καθηγητής Φυσικής κ. Ρεσβάνης, ο όγκος του νερού πάνω από τον πάτο του πηγαδιού φιλτράρει την κοσμική ακτινοβολία και διευκολύνει την παρατήρηση, με τον ίδιο τρόπο που το σκοτάδι διευκολύνει την παρατήρηση των άστρων. Είναι το λεγόμενο «φρέαρ των Οινουσσών» που κατεβαίνει ως τα5.200 μ., ενώ τα νερά του είναι εξαιρετικά διαυγή. 

Σε αυτό το βάθος στήνεται αργά αλλά σταθερά το τηλεσκόπιο του προγράμματος NESTOR που περιλαμβάνει έξι ζεύγη ευαίσθητων φωτο-πολλαπλασιαστών, συλλέγοντας δεδομένα που αποστέλλονται μέσω ενός υποθαλάσσιου καλωδίου οπτικών ινών μήκους 30 χλμ. στον επιστημονικό σταθμό στην ξηρά, καταγράφονται και αξιολογούνται.

«Τώρα συλλέγουμε πληροφορίες για νετρίνα που έρχονται από την άλλη μεριά της Γης, διότι γι’ αυτά τα σωματίδια η Γη είναι διαφανής. Περνάνε από τη μια μεριά και βγαίνουν από την άλλη», λέει ο Λεωνίδας Ρεσβάνης, καθηγητής Πειραματικής Φυσικής του Πανεπιστημίου Αθηνών και διευθυντής του Ινστιτούτου Νέστωρ και προσθέτει:

«Με τα νετρίνα μπορούμε να δούμε πιο βαθιά και πιο μακριά μέσα στο σύμπαν, επειδή ακριβώς δεν απορροφούνται από τίποτα, άρα μπορούμε -αν τα αποκωδικοποιήσουμε- να δούμε πολύ πίσω στον χρόνο – ελπίζουμε ώς τη Μεγάλη Έκρηξη. Παρά τις γραφειοκρατικές αγκυλώσεις το πρόγραμμα προχωρά έστω και με ρυθμούς… κάβουρα. Προσπαθούμε να ανοίξουμε ένα παράθυρο σε μια γειτονιά του σύμπαντος που κανείς μέχρι στιγμής δεν έχει κοιτάξει. Το πιο συναρπαστικό είναι ότι δεν ξέρουμε τι θα βρούμε. Αν ξέραμε, δεν θα ήταν συναρπαστικό!»


πηγή

Διαβάστε περισσότερα... »