A világegyetem leghidegebb pontját hozták létre antianyag-kutatáshoz

A CUORE kísérleti berendezése

Tizenöt napon át az ismert világegyetem leghidegebb pontja volt az olasz Nemzeti Nukleáris Fizikai Intézet Gran Sasso laboratóriuma. Az elképesztően alacsony hőmérséklet egy elképesztően ritka radioaktív bomlási folyamat megfigyeléséhez szükséges.

A kutatóintézetben az abszolút nullához közeli hőmérsékletre, 6 milli-Kelvin-fokra, azaz mínusz 273,144 Celsius-fokra hűtöttek le egy réztartályt, amelynek egy köbméter az űrtartalma és 400 kilogramm a tömege. Ez az első kísérlet, amelynek során egy ilyen tömegű anyagot ilyen hosszú ideig sikerült az abszolút nullához közeli hőmérsékleten tartani – közölte a Nemzeti Nukleáris Fizikai Intézet (INFN).

A kísérletet a Rómától 120 kilométerre, az Appenninek legmagasabb csúcsa (Gran Sasso) alatt lévő földalatti részecskefizikai laboratóriumban, a CUORE projekt keretében végezték. A rövidítés az angol Cryogenic Underground Observatory for Rare Events névből ered, és szívet jelent olaszul.

Csak elméletben van ennél hidegebb

A réztartályt kriosztátba, a minta nagyon alacsony hőmérsékleten tartását lehetővé tevő berendezésbe helyezték. „A CUORE a maga nemében egyedülálló kriosztát a világon, nemcsak a mérete és az általa biztosított szélsőségesen alacsony hőmérséklet tekintetében, hanem a radioaktivitás igen alacsony szintje miatt is. Egyetlen kísérlet során

sem sikerült még olyan feltételeket biztosítani, amelyek nem léteznek a természetben”

– emeli ki az INFN közleménye. Az abszolút nulla fok az a hőmérséklet, amelynél a testből nem nyerhető ki hőenergia, megszűnik az atomok és a molekulák mozgása. A Kelvin-skálán, azaz az abszolút hőmérsékleti skálán ez 0 K foknál, a Celsius-skálán pedig mínusz 273,15 C foknál következik be.

A CUORE kísérleti berendezése Forrás: INFN

Különleges bomlás

A CUORE célja megfigyelni a legritkább fajta radioaktív bomlás, az úgynevezett kettős béta-bomlás egyik alesetét, a neutrínó nélküli kettős béta-bomlást. Amikor kettős béta-bomlás következik be, akkor az atommag egyszerre két béta-részecskét, azaz elektront vagy pozitront bocsát ki. Emellett pedig az atommagból kilép egy nagyon kis tömegű részecske, egy neutrínó. A neutrínók szinte semmivel nem lépnek kapcsolatba, az egész Föld bolygón is könnyűszerrel áthaladnak, így roppant bonyolult feladat észlelni őket.

Anyag és antianyag

Elvileg a kettős béta-bomlás anélkül is végbemehet, hogy az atommag neutrínót bocsátana ki. Ha a CUORE-kísérletben észlelik a folyamatot, akkor be lehet bizonyítani, hogy hogyan alakulnak át az antineutrínók neutrínókká. Ez pedig azért fontos, mert magyarázatul szolgálhat arra, hogy az ismert világegyetemben miért van sokkal több anyag az antianyaghoz képest. Ugyanakkor még az sem biztos, hogy a neutrínó nem ugyanaz-e, mint az antineutrínó, ez a kísérlet esetleg ezt is eldöntheti.

A kísérleti berendezésben ezer, tellúr-dioxid kristályból álló sugárdetektort helyeztek el. Azért van szükség ilyen elképesztően alacsony hőmérsékletre, mert a keletkező részecskék energiájára a detektor alig észlelhető hőmérsékletváltozásaiból következtetnek.