Istraživači su upotrijebili oko 40 kg kako bi dobili oko 45 bilijuna bilijuna atoma (Foto: J. Suvorov, GERDA collaboration)
Istraživači su upotrijebili oko 40 kg kako bi dobili oko 45 bilijuna bilijuna atoma (Foto: J. Suvorov, GERDA collaboration)

"Kako smo nastali?", pitanje je koje zaokuplja svakoga od nas, a najviše znanstvenike. Dosad neprimijećena vrsta radioaktivnosti mogla bi biti objašnjenje kako je nastao materijalni svijet, uključujući i ljude. Nedavno je tim fizičara pokrenuo eksperiment kojim bi trebali objasniti ovaj novootkriveni fenomen.


Trenutne teorije govore, kada je svemir nastao, prije nekih 13,7 milijardi godina, kako su u Velikom prasku nastale jednake količine materije i antimaterije.

Poznato je kada se materija i antimaterija susretnu da se međusobno poništavaju. Ipak, da je to zbilja slučaj ništa ne bi trebalo postojati osim fotona i neutrona. Izračuni pokazuju da ipak postoji malo više materije nego antimaterije – što je znanstvenicima bio dovoljan povod da istraže situaciju. Kako bi se ova asimetrija objasnila potrebno je pronaći još neku razliku između materije i antimaterije, osim elektrificiranja.

Ovaj fenomen mogao bi u potpunosti promijeniti standardni model opisivanja fizike čestica (K. Freund, GERDA collaboration)


Čudni neutroni


Materiju čine čestice poput protona i elektrona. Otkriće elektrona pozitivna naboja vodilo je do spoznaje da će svakoj čestici biti pridružena antičestica jednake mase i suprotna naboja. Što znači da u svijetu subatomskih čestica postoji simetrija između materije i antimaterije. Antimateriju čine antičestice, primjerice antiprotoni i antielektroni (ili pozitroni).

U normalnim okolnostima, nestabilna jezgra nekih radioaktivnih atoma gubi neutron kroz proces beta raspadanja. To je raspadanje kada se neutron transformira u proton, pritom otpuštajući elektron i sitnu česticu poznatu kao elektronski antineutron (negativno nabijen neutron).

Dvostruko beta raspadanje događa se u trenutku kada se otpuste dva elektrona i dva antineutrona, koji se onda zapravo dvostruko poništavaju. Znanstvenici su dugi niz godina teoretizirali o verziji istog procesa, ali bez neutrona, odnosno kako postoji mogućnost da se dva neutrona poništavaju međusobno prije nego se otpuste iz atoma, što bi ujedno značilo da se neutroni ne ponašaju kako je već utvrđeno - jednako kao njihov antimaterijski dvojnik.

Ako se neutroni i antineutroni ponašaju različito, to bi moglo objasniti zašto se sva materija nije poništila antimaterijom čim je nastao svemir.

Unutarnji zidovi spremnika za vodu su prekriveni folijom kako bi refleksija poboljšala otkrivanje raspada atoma (Foto: K. Freund, GERDA collaboration)


Detektiranje raspada

Međutim, taj fenomen procesa gdje se neutroni ne raspadnu nije lako detektirati, a razlog je 'pozadinska buka' koja dolazi od zračenja, kaže Bernhard Schwingenheuer, predstavnik GERmanium Detector Array (GERDA) projekta za Live Science.

Fizičari su, kako bi istražili ovaj slučaj, koristili GERDA eksperiment koji se radi u laboratorijima u Italiji, a koji koristi izotop germanij-76 s vrlo niskom razinom radioaktivnosti. Obično germanij emitira dva elektrona i dva elektronska antineutrona u standardnom dvostrukom beta procesu. Međutim, fizičari su željeli vidjeti da li se ovaj proces ikad odigrava bez otpuštanja neutrona.

Vrijeme poluraspada germanija od 1,78 milijardi bilijuna godina, koliko je potrebno da se polovina njegovih atoma pretvori u selenij, mnogo je duže i od starosti svemira. Ipak, iako bi mnogi pomislili da se za rezultate ovog eksperimenta onda mora čekati godinama, vrijeme poluraspada jako varira i zbilja je više igra vjerojatnosti.

 

(Foto: J. Suvorov, GERDA collaboration)

Zato su istraživači upotrijebili oko 40 kilograma germanija pomiješanog s tekućim argonom što je urodilo količinom od oko 45 bilijuna bilijuna atoma, a to znači da bi barem neki od njih trebao započeti proces poluraspada dok naučnici promatraju, no vjerojatnost je zeznut igrač.

Podaci su prikupljani tijekom sedam mjeseci - od prosinca 2015. do lipnja 2016. i nažalost, nisu detektirali poluraspad, ali su zato mogli spustiti granicu toga koliko često se poluraspad događa. Da su kojim slučajem detektirali poluraspad, to bi značilo da su neutroni istovremeno svoje antičestice, jer bi u suprotnom poluraspad bez neutrona bio nemoguć.

Također, to bi značilo i da radioaktivni raspad nije u simetriji. Ako, pak, nije simetričan, to znači da se neutroni i antineutroni ponašaju drugačije u odnosu na sve druge čestice koje su ikada pronađene.

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

GERDA eksperiment tek bi trebao otkriti o čemu se radi jer je sasvim moguće da je potrebno samo pričekati malo više vremena.