Baryum Etiketleme, Nötrino Deneylerinde İlerleme Sağlayabilir

Colorado Eyalet Üniversitesi’nden fizikçi Prof. Bill Fairbank ve çalışma arkadaşlarının çalışmalarının odağında nötrinoların var olmadığı radyoaktif bozunumlar bulunuyor. Normalde nötrinoların d..
Görsel Telif: CSU

Colorado Eyalet Üniversitesi’nden fizikçi Prof. Bill Fairbank ve çalışma arkadaşlarının çalışmalarının odağında nötrinoların var olmadığı radyoaktif bozunumlar bulunuyor. Normalde nötrinoların da bulunduğu bozunumlardan bazılarında çok ender olarak, bozunumun nötrinosuz gerçekleşebileceğini söylüyorlar. Kuramsal olarak öne sürülmüş olan ama şimdiye dek hiç gözlemlenmeyen böyle bozunumlardan “nötrinosuz çift beta bozunumu” olarak söz ediliyor. Nötrinosuz çift beta bozunumu, parçacık fiziği dünyasında sarsıntı yaratabilir. Eğer keşfedilirse, evrende en bol bulunan ama en az anlaşılan parçacık olan nötrinoların temel özelliklerine ilişkin uzun süredir yanıt bekleyen gizemler çözülebilir.

Fairbank’ın laboratuvarı, 2005 yılından bu yana uluslararası EXO-200 (Enriched Xenon Observatory) adlı bilimsel ortaklığa üye ve diğer üyelerle birlikte nötrinosuz çift beta bozunumunu gözlemlemeye çalışıyor. Ekip bu amaçla süper-soğuk sıvı ksenon doldurulmuş bir parçacık algıcı (dedektörü) kullanıyor.

29 Nisan 2019 tarihinde Nature dergisinde yayımlanan bir makale ile duyurulan yeni bir gelişme gerçekleşti. Fairbank’ın ekibi, baryum etiketleme denilen bir tek-atom aydınlatma stratejisi için temel attı. Bu başarı, katı bir asal gazdaki atomların tek tek görüntülenmesini sağlayan ilk yöntem olma niteliği taşıyor. Baryum etiketleme, ileride nEXO adı verilecek geliştirilmiş bir deneyde, nötrinosuz çift beta bozunumunun görülebilmesini sağlayacak kilit bir teknoloji olabilir. Baryum etiketleme, bilimcilerin gerçek olaylarla arka plandaki sahte sinyalleri ayırt ederek, çift beta bozunumunun tek-atom yan ürünlerini açık bir şekilde belirleyebilmelerini sağlayabilir.

Yayımladıkları makalede Fairbank’ın ekibi, ksenon-136 izotopunun radyoaktif bozunumuyla ortaya çıkan baryum evlat atomu (bozunum sonucu oluşan atoma “evlat atom” (İng. daughter atom) denir), probun ucundaki katı ksenonda dondurmak için kriyojenik bir probun kullanılışını tanımlıyor. Ardından, artık katı olan ksenonun içindeki baryum atomlarını tek tek aydınlatmak için lazer florasan kullanılıyor. Fairbank, baryum atomlarının tek tek görüntülerini elde ettiklerinde, ekibin çok heyecanlandığını anımsıyor.

EXO-200 parçacık algıcı, New Mexico‘daki Carlsbad‘da yerin yaklaşık yarım mil altında bulunuyor ve içinde 170 kg kadar izotopik olarak zenginleştirilmiş sıvı formda ksenon atomu var. Bazen, kararsız ksenon izotopları radyoaktif bozunum yaparak, iki elektron ile iki nötrino salıyor ve ksenon atomlarını baryum atomlarına dönüştürüyor. Eğer bozunum sadece iki elektron ile bir baryum atomu üretirse, nötrinosuz çift beta bozunumu yakalandığına ilişkin sinyal geliyor. Bu ise ancak nötrino kendi kendisinin eşit ve karşıt antiparçacığıysa olabilir. İşte bu soru, bilimcilerin bu deneylerle yanıtlamayı umduğu sorunun ta kendisi.

Böyle bir nötrinosuz bozunumun doğrulanması, tarihi bir olay olacak ve Parçacık Fiziğinin Standart Modeli’nde güncellemeler yapılmasını gerektirecek. Ek olarak, bozunumun ölçülen yarı-ömrü, nötrinoların kesin kütlesini dolaylı olarak bilimcilerin ölçmesine yardım edecek; bu da şimdiye dek başarılamadı. Son olarak, eğer nötrinosuz çift beta bozunumu gerçekten mevcutsa, bilimciler bu bilgiyi kullanarak evrende bu kadar çok madde varken, neden antimaddenin çok az olduğunu öğrenebilir. Şu ana kadar, EXO-200 algıcı doğru enerjili bozunum olayları üretti; ölçülen algıç arka planından beklenenin üstünde bir belirleyici fazlalık olmadı.

Fairbank, EXO-200’de iki yıl içinde 40 civarında bozunum olayı yakaladıklarını, ama bunlardan tam olarak kaç tanesinin gerçek olduğunu ayırt edemediklerini söylüyor. Aynı görünümlü bilye yığınlarını derinlemesine inceler gibi, gerçek bozunum ile benzer görünümlü arka plan olayları arasında ayrım yapmak, araştırmacılar için başlıca problemdi. Fairbank’ın baryum etiketlemesi işte burada devreye giriyor. Eğer baryum etiketleme, şu anda tasarlanmakta olan nEXO algıcına başarılı şekilde yerleştirilebilirse, algıcın nötrinosuz çift beta bozunumuna duyarlılığı 4 kata kadar artabilir. Olumlu bir sinyal gözlemlenirse, bilimciler onun gerçekten aradıkları bozunum olup olmadığından emin olmak için baryum etiketleme kullanabilir. Fairbank’ın tek atom etiketleme tekniği ayrıca çekirdeksel fizik, optik fizik ve kimya alanındaki başka uygulamalara da genelleştirilebilir.

Kaynak ve İleri Okuma

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv