Exotische Partikel eher banalen als gedacht, Physiker sagen

Manchmal ist nichts finden so gut wie etwas finden.

Physiker haben die empfindlichsten Messungen in der Jagd für ein seltenes Ereignis abgegeben, die die dominierende Theorie der Elementarteilchenphysik untergraben könnte, und Zilch aufgedreht.

Die Wissenschaftler, die auf der Suche nach einem Gerücht Partikel Zerfallsprozess genannt "neutrinolosen doppelten-Beta-Zerfall" sind, lief einen fein abgestimmten Detektor für fast sieben Monaten und fand keine signifikanten Daten des Prozesses darauf tritt. Dass nicht-Erkennung Hinweise, dass exotische Teilchen namens Neutrinos möglicherweise eher banalen als einige gedacht haben.

"Das Ergebnis nur spannender hätte sein kann wenn wir waren ein Glücksfall getroffen und neutrinolosen doppelten Betazerfall erkannt," sagte Stanford University Physiker Giorgio Gratta, Sprecher für das Experiment namens bereichert Xenon Observatorium 200 (EXO-200), in einer Erklärung.

Die Wissenschaftler erfasst nur ein Signal (oder Ereignis), die möglicherweise neutrinolosen doppelten Betazerfall auftretenden dargestellt haben. "Das bedeutet die Hintergrundaktivität ist sehr gering und der Detektor ist sehr empfindlich. Es ist eine gute Nachricht zu sagen, dass wir nichts sehen!" Gratta hinzugefügt.

Instabiler Atomkerne (das Durcheinander von Protonen und Neutronen, aus denen sich der Kern der Atome) verlieren oft ein Neutron in einem Prozeß bekannt als Beta-Zerfall. Das Neutron verwandelt sich in ein Proton durch die Freigabe ein Elektron und ein winzige Teilchen ein Neutrino genannt.

Manchmal sind zwei Neutronen verloren, in einem Prozess namens Doppel-Beta-Zerfall, die in der Regel zwei Elektronen und zwei Antineutrinos (Antimaterie Partner Teilchen Neutrinos) freisetzt. Aber Wissenschaftler haben auch die Theorie, dass neutrinolosen doppelten Betazerfall auftreten könnte, die zwei Elektronen und keine Antineutrinos produzieren würde. [Infografik: kleinsten Teilchen der Natur seziert]

"Menschen für diesen Prozess für eine sehr lange Zeit gesucht haben", sagte Petr Vogel, ein emeritierter Physiker am Caltech und Mitglied der EXO-200 Teams. "Es eine sehr grundlegende Entdeckung wäre, wenn jemand es tatsächlich beobachtet."

Wenn solch ein Ereignis auftritt, muss es sein, da die zwei Neutrinos freigesetzt irgendwie einander abgebrochen haben. Das würde bedeuten, dass das Neutrino ist eine eigene Antimaterie-Partner und zwei Neutrinos gegenseitig vernichtet hatte, wie alle Materie und Antimaterie Partner Partikel zu tun, wenn sie sich treffen.

Wenn das der Fall ist, würde es die Vorhersagen des Standardmodells, die amtierende Physik-Theorie beschreibt bekannten subatomaren Teilchen widersprechen. Wenn Physiker neutrinolosen doppelten Betazerfall immer angezeigt werden, benötigen das Standardmodell so Überarbeitung.

Zur Suche nach diesem Zerfall bereichert Xenon Observatorium 200 nutzt einen kupfernen-Zylinder gefüllt mit 440 Pfund (200 Kilogramm) von flüssigen Xenon-136 — eine instabile Isotope, die möglicherweise den neutrinolosen Verfall zu unterziehen. An beiden Enden des Zylinders sind empfindliche Detektoren aufgestellt, um die Signale der Beta-Zerfall zu fangen.

Die gesamte Detektors ist 2.150 Metern 655 in dem Department of Energy Waste Isolation Pilot Plant in Carlsbad, N.M., um Verunreinigungen durch andere Partikel zu verhindern unterirdischen begraben.

Für normale Doppel-Beta-Zerfall, die Halbwertszeit – die Zeit, für die Hälfte der Substanz zu verfallen – 10²¹ Jahre, oder 100 Milliarden mal länger als das Alter des Universums. Basierend auf den Ergebnissen des Experiments, können die Forscher jetzt sagen, dass die Halbwertszeit von den neutrinolosen Zerfallsprozess nicht kürzer als 1,6 × 10²⁵ Jahre oder eine Billiarde mal länger als das Alter des Universums.

Wissenschaftler sind nicht noch, die Jagd nach neutrinolosen Verfall aufgeben. Wenn nachgewiesen werden kann, dass Neutrinos ihre eigenen Antiteilchen ist, könnte es helfen, erklären, warum unser Universum aus Materie und keine Antimaterie hergestellt wird.

Wissenschaftler glauben, das Universum nach dem Urknall mit etwa gleichen Teilen Materie und Antimaterie gestartet. Noch wurde irgendwie ein Überschuss an Materie übrig, nachdem der Großteil der beiden gegenseitig vernichtet. Um herauszufinden, wie dies sein könnte, müssen Wissenschaftler finden ein Ungleichgewicht zwischen der Art und Weise Materie und Antimaterie zu Verhalten.

Wenn das Neutrino und das Antineutrino ein und dasselbe sind, kann das den Weg für ein Ungleichgewicht verweisen, die das Antimaterie-Rätsel lösen könnte.

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