Még közelebb az Ősrobbanáshoz

181

A legősibb fény, amelyet detektálhatunk, 380 000 évvel az Univerzum kialakulása után indult útjára. Neutrínók segítségével ugyanakkor két másodpercre is megközelíthető lenne az Ősrobbanás. A kihívás hatalmas, de nem lehetetlen.

Az Univerzum a kezdetekben olyan forró és sűrű volt, hogy semmilyen sugárzás nem volt képes akadálytalanul terjedni. 380 000 évnek kellett eltelnie, hogy az elektromágneses sugárzás, a fény számára átlátszóvá váljon: az ekkor elindult fénysugarakat látjuk a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzásként. Azonban egy másik sugárzás sokkal korábban lecsatolódott az anyagról. A neutrínók már 1,9 másodperc után szabadon terjedhettek, amikor az Univerzum 10 milliárd fok alá hűlt. Ha képesek lennénk megfigyelni a kozmikus neutrínó háttért (CNB-t), egészen eddig visszaláthatnánk az időben.

Csakhogy a neutrínókat általánosságban is szinte képtelenség megfigyelni, mivel szinte sosem hatnak kölcsön a többi fajta részecskével. A CNB pedig nagyon hideg, mindössze 1,95 Kelvin fokos: ezek a neutrínók ráadásul roppant kis energiájúak is. Van azonban egy módszer, amellyel elvben kimutathatóak. Béta-bomló izotópok, mint a trícium esetében bármilyen gyenge neutrínó pöccinti ki az elektront az atommagból, annak az elektronnak mindig több energiája lesz, mint a normál béta-bomlás során keletkező társainak. Vagyis elég csak a küszöb feletti elektronokat figyelni, és kiszűrni minden más zajforrást.

20140705_ptolemy_kep1
A PTOLEMY kisméretű prototípusa Princetonban. A baloldali mágnesben van a tríciumtartalmú céltárgy, a középső nagy tartály szűri ki a neutrínók keltette elektronokat, a jobboldali mágnesben van a detektor. (Forrás: Princeton Plasma Physics Laboratory)

A PTOLEMY (Princeton Tritium Observatory for Light, Early-Universe, Massive-Neutrino Yield) kísérlet célja pontosan ennek megfigyelése. A kísérletben 100 gramm, grafénben megkötött tríciumot (a hidrogén hármas tömegszámú, radioaktív izotópját) fognak használni. A számítások szerint ezzel körülbelül tíz CNB neutrínót kapnának el évente. Bár ez részletes vizsgálatokhoz nagyon kevés, a Princeton University három kutatója máris előállt egy javaslattal, amellyel legalább a neutrínók irányát pontosabban meg lehetne határozni. A neutrínók bizonyos irányokból nagyobb valószínűséggel hatnak kölcsön az atommagokkal, mint másfelől. Ha erős mágneses térrel egy irányba állítanák, vagyis polarizálnák a tríciumatomokat, kiderülne, hogy az ég mely részéről érkezik több neutrínó, és honnan kevesebb. A mágneses teret mozgatni sem nagyon kell az irányváltáshoz, hiszen az egész kísérlet naponta és évente is megfordul a Föld és a Nap körül. Az irányultság és a neutrínók számának együttes mérése egy régi, még eldöntetlen kérdésre is választ adhat: eltérnek-e egymástól bármilyen tulajdonságukban a neutrínók és antineutrínók (mint az elektron és pozitron), vagy pedig valójában teljesen ugyanazok?

De talán nem is ez a legizgalmasabb felvetés. Ha a standard kozmológiai modell (sötét energiát és inflációt tartalmazó, táguló Világegyetem) a helyes, akkor a PTOLEMY még szinte teljesen izotróp, vagyis minden irányból egyenletes neutrínófluxust kellene, hogy mérjen, mivel a várt eltérések még a mérési pontossága alá fognak esni. Így hát bármilyen komoly eltérés új, még felfedezetlen fizikai összefüggések felismeréséhez vezethet el. A PTOLEMY-nek egyelőre egy kisméretű prototípusa készült el: ennek sikeres tesztelése után kezdődhet meg a munka a teljes méretű detektoron.

Forrás: arXiv:1407.0393

Hozzászólás

hozzászólás