Büyük Yer Altı Laboratuvarı 'Evrenin Hayaletlerini' Açıklamak Istiyor

{h1}

Bugün, bilim adamları, evreni yöneten kurallar hakkında bir şeyler ortaya çıkaracağını umdukları büyük bir yeraltı nötrino laboratuarı üzerine çökeceklerdir.

Don Lincoln, ülkenin en büyük Büyük Hadron Çarpıştırıcısı araştırma kuruluşu olan ABD Enerji Fermilab Dairesi'nde kıdemli bir bilim insanıdır. Ayrıca son zamanlarda yaptığı gibi halk için bilim hakkında yazıyorBüyük Hadron Çarpıştırıcısı: Higgs Boson'un Olağanüstü Hikayesi ve Zihnini Darbe Edecek Diğer Şeyler"(Johns Hopkins University Press, 2014). Onu takip edebilirsiniz Facebook. Lincoln bu yazıya WordsSideKick.com’ın katkılarıyla katkıda bulundu. Uzman Sesler: Op-Ed & Insights.

Büyük bilim genellikle zorlu düşünme ve akıllıca planlama anlamına gelir; bu da en ileri olanaklara ve umarız paradigma değiştiren keşiflere yol açar. Bugün, bilimsel liderler ve onurlu kişileri bu hayalleri gerçeğe dönüştürmek için somut bir adım atmaya davet ettiler: Onlar, evreni yöneten kurallar hakkında bir şeyler ortaya çıkaracağını umdukları bilimsel bir laboratuvarda yerle bir edecekler.

Derin Yeraltı Neutrino Deneyi (DUNE) olarak adlandırılan bu yeni tesis, bir zamanlar Güney Dakota'daki Leadtake Homessa'daki altın madeninde bulunan Sanford Yeraltı Araştırma Tesisi'nde (SURF) yer alacak.

DUNE, Chicago'nun batısındaki Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'nda 800 milden (1.280 kilometre) uzayan, nötrino adı verilen atomaltı parçacıkları tespit edecektir. (Tam açıklama: Fermilab'da kıdemli bir bilim insanıyım. Neutrino araştırmasına hiç katılmadım. Ancak büyük bir hayranıyım.)

DUNE, dünyanın dört bir yanından 1000'den fazla bilim insanı içeren büyük bir çabadır. Dedektör muazzamdır ve Homestake madeninde bir yeraltı 4.850 fit (1.500 metre) mağaranın inşasını gerektirecektir. Bu mağarayı yapmak için, işçilerin yaklaşık sekiz modern uçak gemisinin ağırlığına eşit olan 800.000 ton (725.000 metrik ton) kaya kazması gerekiyor. Bu çaba, Güney Afrika'da yaklaşık 2 bin iş ve Fermilab yakınlarındaki Illinois'de benzer bir sayı yaratacaktır. [6 Serin Yeraltı Bilimi Laboratuarları]

Bir zamanlar Güney Dakota'daki Homestake altın madeninde bulunan Derin Yeraltı Neutrino Deneyi (DUNE), Illinois'deki Fermilab'da yaratılan nötrinoları tespit edecektir.

Bir zamanlar Güney Dakota'daki Homestake altın madeninde bulunan Derin Yeraltı Neutrino Deneyi (DUNE), Illinois'deki Fermilab'da yaratılan nötrinoları tespit edecektir.

Kredi: Sandbox Studios

Hayalet parçacıklar

Nötrinolar atom altı parçacıklardır, fakat protonların, nötronların ve elektronların aksine, atomların yapısında önemli bir rol oynamazlar. Bunun yerine, Yeryüzünde, radyoaktif elementler bozulduğunda - beta bozunması denen bir süreç - özellikle bir nötron bir protona dönüştüğünde yaratılırlar. Zayıf nükleer kuvvet, beta bozunumuna neden olan şeydir. Aslında, bilinen üç atomdan (elektromanyetizma ve güçlü ve zayıf nükleer kuvvetler), nötrinolar sadece zayıf gücü hisseder. Zayıf kuvvet zayıf, zayıf, nötrinolar madde ile çok az etkileşime girer.

Bu hayalet parçacıklar evrendeki her yerde bulunurlar. Beta radyasyonunda yaratılmanın yanı sıra, nükleer reaktörlerde bolca yapılırlar. Bununla birlikte, nükleer santraller dünyanın dört bir yanına serpilirken, nötrinoları yapmakta, uzaktaki en büyük nükleer reaksiyon ise güneştir. Güneş saniyede bir çok nötrino yayar ki, Dünya yaklaşık 93 milyon mil (150 milyon kilometre) uzakta olsa da, güneşten yaklaşık 100 trilyon nötrinoz hayatınızın her saniyesinden geçer. Bu nötrinolar hiç bir tehlike oluşturmaz.

Bunun neden doğru olduğunu anlamak için, nötrinofobik bir insan olduğunu ve kendinizi bu sürekli yağmurdan yukarıdan korumak istediğini varsayalım. Bu en azından teorik anlamda mümkündür. Nötrinolar madde ile zayıf etkileşir. Ve eğer güneşten gelen nötrinolardan kendinizi korumak istiyorsanız, kalın bir kurşun parçası kullanabilirsiniz. Ve kalınca, çok kalın demek istiyorum - güneşin nötrinolarının sadece yarısını durdurmak için, bu kurşun bloğu güneşimizden sonra Dünya ile ikinci en yakın yıldız arasındaki boşluğu doldurmak için yeterince kalın olmalıydı: Alpha Centauri, 4'ten fazla ışık yılı uzakta. Eğer nötrinolar bu kadar çok kurşuntan geçebilirse, kesinlikle sizden (ve hatta Dünya'ya) geçiş yapabilirler.

Neutrino sürprizler

Peki, neden nötrinolar ilginç? Eh, geçen yüzyılda birçok kez bilim adamları şaşırttı. Nötrinolar beta bozunumunda yayılsalar bile, bilim adamlarının bunları çok önceden tespit edemedikleri kadar zayıf bir şekilde etkileşime giriyorlar. Sonuç olarak, beta çürümesi, fizik yasalarını çiğnedi, çünkü enerji ve momentum korunmayacak gibi görünüyordu. (Diğer bir deyişle, başlangıç ​​atomik çekirdeğin enerjisi, çürümeden sonra tam olarak hesaba katılamazdı.)

1930'da, fizikçi Wolfgang Pauli, beta çürüme problemlerini açıklamak için görünmez ve esasen saptanamayan bir parçacığı “umutsuz bir çözüm” olarak öne sürdü. (Ve, bir yan not olarak, Pauli bir konferansta, bir kişiyle değil, bir konferans yoluyla fikrini sundu. O bir partide vazgeçilmez ve konferansa gelemedi gibi görünüyor. Bu çok şaşırtıcı değil - fizikçiler "eğlenceli" bilim adamları olarak bilinir.)

Bilim adamları, 1956'ya kadar nükleer bir reaktörün yaydığı nötrinoları tespit etmedi. Deneyi gerçekleştiren bilim adamları, Frederick Reines ve Clyde Cowan, daha az dramatik reaktörü kullanmaya karar vermeden önce nükleer bir patlamadan nötrino nabzını tutmaya çalıştıklarını düşünmüşlerdi. [Fizikte 18 En Büyük Çözümsüz Gizem]

Ayrıca 1956'da Chien-Shiung Wu tarafından gerçekleştirilen farklı bir deney, nötrinoları yöneten kuvvetin - zayıf nükleer kuvvetin - şaşırtıcı bir özelliği olduğunu göstermek için kobalt çekirdeklerinin beta bozunumlarını kullandı. Bilindik evrenimizde görülebilen zayıf kuvveti içeren fenomenler, ayna evreninde, yani yönlerin değiştirildiği, yani sağa ve sola kaydırılıp, yukarı ve aşağı doğru çevrildiği gibi, imkansızdır.

Bu fikir, güçlü nükleer kuvvet ve elektromanyetizma ile açıkça tezat oluşturuyor; Fakat zayıf güç bu tip yukarı-aşağı, sol-sağ simetriye uymadığı için, eğer Alice gerçekten seyir camından geçerse, kendimizden çok farklı bir gerçeklikle karşılaşırdı. Sonunda Rus fizikçi Lev Landau tarafından evrende maddeyi yöneten yasaların ayna evreninde antimadeni yönetdiği ya da madde ve antimadde'nin ayna görüntüleri olduğu gösterildi. Nötrinoları ve zayıf kuvveti içeren bu keşif, ders kitaplarının yeniden yazılmasına neden oldu.

Yaramazlık parçacıkları

1960'larda, nötrinoların bizim için birkaç sürpriz daha vardı. 1962'de fizikçiler Leon Lederman, Melvin Schwartz ve Jack Steinberger, iki tür nötrino varlığını keşfettiler. (Bilim adamları 2000 yılında Fermilab'da üçüncü bir nötrino tipini gözlemlediler.) Daha büyük bir sürpriz kimyager Raymond Davis, nötrino detektörü olarak hizmet etmek için bir olimpik havuz büyüklüğünde kuru temizleme sıvısı kullanarak güneşten nötrinozları tespit etmeye çalıştığında meydana geldi. Sıvıdaki klor, güneşten gelen nötrinolar ile etkileşime girerek radyoaktif argon ve bir elektrona dönüştü. Argonu ölçerek, bilim adamları dolaylı olarak nötrinoları tespit etti. İlginç bir tarihsel nota olarak dedektörü de, Homestake altın madeninde yer aldı.

Davis, güneş nötrinolarını gözlemlese de, beklediği kadar sadece üçte birini gördü. Bu, ölçümdeki veya tahmindeki bir hatadan kaynaklanabilirken, sonraki deneyler, ölçümlerinin doğru olduğunu gösterdi. Farklılığın sebebi, nötrinoların uçuşta çürümesiydi - ama ortaya çıktığı gibi, bu bir cevap değildi. Bir başka olasılık, nötrinoların bir varyanttan diğer ikisinden birine dönüşebileceğiydi. Bu morfing nötrinolar bir türden diğerine tekrar ve tekrar dönüşebileceği için nötrino salınımı olarak adlandırılır. 1998 ve 2001 yılları arasında açıklanan bir dizi deneysel sonuçta nötrino salınımı kanıtlanmıştır.

Antimadde gizemleri

Nötrino salınımlarının keşfiyle, bilim adamlarının fenomeni daha iyi anlamaları zorunluydu. Bu bilgi, parçacık hızlandırıcıları kullanılarak en kolay şekilde elde edilir. ABD, Avrupa ve Japonya'da bilim adamları, nötrinoların kirişlerini üretti. En güçlü kirişler Fermilab'da inşa edildi. Ana Enjektör Nötrino Salınım Arama (MINOS) adlı erken bir deney, kuzey Minnesota'daki Soudan madenine dayanıyordu. Fermilab, topraktan nötrinoların kirişlerini MINOS dedektörüne doğru vurdu. (Neutrinos'un madde ile çok az etkileştiğini unutmayın, bu yüzden tünel yok. Nötrinolar kelimenin tam anlamıyla Dünya'yı vurdu.) MINOS deneyi 2005'ten 2016'ya kadar sürdü. Takip denemesi NuMI Off-Axis Neutrino Görünüşü (NOVA) olarak adlandırıldı.. Ash Nehri, Minnesota'da bulunan uzak dedektör, 2014 yılında faaliyete başladı. Fermilab ayrıca bu deney için nötrinoları da sağlıyor.

Doğal olarak Fermilab, nötrinoları DUNE'ye çeken ev sahibi hızlandırıcı laboratuvarı olurdu - bu kez, Güney Dakota'da değil, Minnesota'da.

Peki, bilim adamları DUNE ile neyi başarmayı umuyor? Peki, nötrino salınımının özelliklerini daha iyi karakterize edecek, ancak özellikle ilgi çekici olan bir soru var. Fermilab hem nötrinoların hem de antimadde nötrinolarının kirişlerini yapabilir ve DUNE deneyi, hem madde hem de antimadde nötrinolarının salınım özelliklerini incelemek için her iki kiriş setini kullanabilir. Maddenin ve enerjinin davranışını tanımlayan en iyi teorimiz (Standart Model olarak adlandırılır), bu iki tür salınımın aynı olduğunu öngörür. DUNE deneyi, durumun bu olup olmadığını belirleyebilir.

Neden madde ve antimadde nötrinolarının farklı olarak salınabileceği bu kadar müthiş bir ihtimaldir? Standart Model ile ilgili bir sorunu ele alabilir. Standart Model, enerjiyi maddeye dönüştürebileceğimizi ve bunun tersini söylüyor. Fakat enerji maddeye dönüştüğünde, eşit miktarda antimadde de oluşturulmalıdır. Ve Big Bang’da çok fazla enerji vardı. Böylece evrenimiz eşit miktarda madde ve antimadde olmalıdır, fakat sadece maddeden yapılır. Nedenini bilmiyoruz.

Fakat Wu'nun 1956 deneyinin, evrende maddeyi yöneten zayıf gücün yasalarının, bir ayna evreninde antimadeni yönetdiğini gösterdiğini unutmayın. Dolayısıyla bu fark madde ve antimadde nötrino salınımındaki farklılıklarda da ortaya çıkabilir. Bilim adamları bu salınımlarda bir asimetri gözlemlerlerse, bu madde-antimadde asimetrisi hakkında bir şey ortaya çıkarabilir.

DUNE'nin de başka yetenekleri var. Birincisi, Samanyolu ve yakın gökadalarda meydana gelen süpernovalardan (yıldız patlamaları) nötrinoları tespit edebilecektir. Ayrıca nötron yıldızlarının birleştiği ya da kara delik etkileşimleri hakkında bir şeyler söyleyebildiği şiddetli astronomik olaylardan nötrino emisyonlarını da araştırabilir.

DUNE ayrıca protonun çürümesi için de avlayacaktır. Standart Model, protonların kararlı olduğunu ve bozulmadığını öngörmektedir. Deneysel olarak, protonların çürümesi durumunda, yarı ömürlerinin 10 ila 34 yıldan uzun olduğunu biliyoruz.(Yani, eğer çürütürlerse.) Ancak, Standart Modeli uzatan bazı yeni teoriler, protonların zaman sınırlarında mevcut sınırlardan sadece biraz daha uzun süre durabileceğini öngörmektedir. Böylece, DUNE protonun çürümesini görürse, bu bize evren hakkında çok derin bir şey öğretecek ve enerjilerde bunu dünyanın en yüksek enerjili parçacık hızlandırıcısı olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı tarafından erişilebilenlerden çok daha yüksek bir seviyede gerçekleştirecektir.

DUNE (ve bununla bağlantılı Fermilab neutrino beamline), önümüzdeki birkaç on yıl boyunca ABD'nin amiral gemisi deneyinin olması bekleniyor. Neutrinos'un beklenmedik bir şey yapıp yapmadığını görmek isteyen uzmanların muazzam bir işbirliği verileri araştıracaktır. Bu gerçek bir olasılık ve bizi ilk şaşırttıkları zaman olmayacak.

Facebook, Twitter ve Google + 'da Uzman Sesler konularını ve tartışmaları takip edin ve tartışmanın bir parçası olun. İfade edilen görüşler yazarın görüşleridir ve yayıncının görüşlerini yansıtmaz. Makalenin bu sürümü ilk olarak Canlı Bilim'de yayınlandı.


Video Takviyesi: Kalahari Çölünde Bulunan UFO ve Aztek Olayı.




Araştırma


Merak Projesi Nasıl Çalışır?
Merak Projesi Nasıl Çalışır?

Afrika'Nın Ilk Gece Gökyüzü 'Rezervi' Stargazing Haven
Afrika'Nın Ilk Gece Gökyüzü 'Rezervi' Stargazing Haven

Bilim Haberleri


Beyniniz Yüzleri Görmüyorsa, Yüzleri Görüyor
Beyniniz Yüzleri Görmüyorsa, Yüzleri Görüyor

Sürpriz! Yetişkin Kalpler Yeni Hücreler Büyütüyor
Sürpriz! Yetişkin Kalpler Yeni Hücreler Büyütüyor

Looting Delik Bulunan Antik Mısır Firavunu Oyma
Looting Delik Bulunan Antik Mısır Firavunu Oyma

Alzheimer'Den Kaçınmak: Çalışma Bulguları 7 Önlenebilir Risk Faktörleri
Alzheimer'Den Kaçınmak: Çalışma Bulguları 7 Önlenebilir Risk Faktörleri

Herpes Virüs Zayıf Noktası Tedaviye Yol Açabilir
Herpes Virüs Zayıf Noktası Tedaviye Yol Açabilir


TR.WordsSideKick.com
Her Hakkı Saklıdır!
Herhangi Bir Malzemenin Çoğaltılabilir Sadece Siteye Aktif Linki Prostanovkoy TR.WordsSideKick.com

© 2005–2019 TR.WordsSideKick.com