Recent la laboratorul subteran italian de la Gran Sasso a fost inaugurat experimentul CUORE. CUORE vaneaza procese nucleare care ar putea ajuta la descifrarea misterului neutrinilor si cel al disparitiei antimateriei din Univers.
Neutrinii sunt cele mai misterioase particule din cadrul Modelului Standard al fizicii particulelor elementare. Exista neutrini de trei tipuri; cei electronici, cei muonici si, in final, cei tauonici, care apar in procese de dezintegrare in care sunt emisi electroni, muoni sau particule tau. La ora actuala se stie ca neutrinii, care nu au sarcina electrica, au o masa. Acest lucru a fost dedus din asa-numita oscilatie a neutrinilor, un proces cuantic in urma caruia neutrini de un tip se pot transforma in neutrini de alt tip, posibil doar daca neutrinii au masa. Nu se cunoaste insa masa neutrinilor: aceasta este extrem de mica si toate experimentele care au incercat sa o masoare pana la ora actuala au putut doar fixa limite superioare, fara sa fie capabile sa determine aceasta cantitate. Un alt mister invaluie neutrinii: datorita faptului ca acestia nu au sarcina electrica este posibil ca neutrinii si antineutrinii (antiparticula neutrinului) sa fie una si aceeasi particula, insa acest lucru nu a fost pana acum confirmat experimental.
In acest context un nou experiment la laboraorul subteran de la Gran Sasso (in Italia) ar putea rzolva misterul neutrinilor si, impreuna cu acesta, si cel al disparitiei antimateriei din Univers imediat dupa Big Bang. In inima muntelui Gran Sasso a fost recent inaugurat experimentul CUORE (inima, in limba romana), Cryogenic Underground Observatory for Rare Events, care incearca sa masoare asa-numitele dezintegrari nucleare beta duble fara emisie de neutrini. Acest tip de procese nucleare transforma doi neutroni dintr-un nucleu in doi protoni, cu emisie de doi electroni si doi antineutrini electronici. Daca insa neutrinul si antineutrinul sunt una si aceeasi particula procesul ar putea sa aiba loc fara emisie de neutrini.
In cadrul colaborarii CUORE participa 125 de oameni de stiinta din 25 de tari. CUORE este alcatuit dintr-o serie de detectoare formate din cristale de dioxid de teluriu, cu o greutate totala de 741 de kilograme. Aceste cristale sunt mentinute la o temperatura extrem de joasa de doar 10 miliKelvin, adica doar 10 miimi de grad fara de zero absolut! CUORE functioneaza precum un termometru: cand este inregistrata o particula in detector temperatura acestuia creste si permite cercetatorilor sa obtina informatii despre procesele masurate. In cadrul experimentului CUORE, cristalele de TeO2 sunt atat detectoarele de particule, cat si cele care genereaza semnalul de dubla dezintegrare beta. Cei 1400 de metri de munte deasupra aparatului elimina, absorbindu-le, mare parte din asa-numitele raze cosmice, particule care ajung pe Pamant din Univers, si care ar deranja masuratoarea neutrinilor. Pe langa munte experimentul are si alte ecrane de protectie fata de radiatia ambientala, alcatuite din plumb roman si cupru special, care are o radioactivitate intrinseca foarte redusa. Plumbul roman este un plumb recuperat de pe navele romane scufundate acum mai bine de 2000 de ani, si are o radioactivitate extrem de mica după ce a stat pe fundul marii atatia ani (mare parte din elementele radioactive au avut tot timpul sa se dezintegreze).
La ora actuala dupa doua luni de achizitie de date s-a ajuns la o sensibilitate a experimentului echivalenta cu cea a prototipului care a functionat anterior circa 2 ani de zile. Urmeaza o perioada de achizitie de date care va dura ani de zile, in cautarea acestor procese care, daca exista, sunt extrem de rare. Se asteapta ca sa aiba loc o dubla dezintegrare beta fara emisie de neutrini in cazul unui singur nucleu o data al 10 urmat de 25 de zerouri de ani! Este tocmai acesta motivul pentru care in CUORE se utilizeaza o masa mare de cristale de teluriu – tocmai pentru a avea un numar enorm de nuclee si a se amplifica numarul de dezintegrari asteptate.
CUORE va contribui in mod decisiv in urmatorii ani la descifrarea misterului nutrinilor, ori prin prima masuratoare a proceselor de dezintegrare nucleara care ne arata ca neutrinul si antineutrinul sunt aceeasi particula, ori prin obtinerea de limite extreme asupra probabilitatii acestui proces. Oricare va fi rezultatul, va avea implicatii inclusiv in studiul disparitiei antimateriei din Univers.
Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro