Widok zawartości stron Widok zawartości stron

News

Nawigacja okruszkowa Nawigacja okruszkowa

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Znane są pierwsze wyniki eksperymentu GERDA

Neutrina są najbardziej nieuchwytnymi cząstkami elementarnymi charakteryzującymi się bardzo specyficznymi właściwościami. Na przykład oddziałują niezwykle słabo z materią, teoretycznie dopuszcza się, iż są swoimi własnymi antycząstkami. Jak dotąd cecha ta nie została jednak potwierdzona doświadczalnie, mimo że nasza wiedza o neutrinach bardzo się wzbogaciła w ciągu ostatnich 60-ciu lat. W wyniku zakończenia pierwszej fazy eksperyment GERDA, fizycy uzyskali nowe ograniczenie na tak zwany podwójny bezneutrinowy rozpad beta, który jest jedynym testem pozwalającym stwierdzić czy neutrina są swoimi antycząstkami. Otrzymane wyniki mają istotne znaczenie dla kosmologii, astrofizyki i fizyki cząstek elementarnych. Wnoszą także nowe informacje na temat masy neutrina.

Obok fotonów neutrina są najbardziej rozpowszechnionymi cząstkami we Wszechświecie. Ze względu na niezwykle słabe oddziaływanie z materią często określa się je mianem "cząstek-duchów". Neutrina, mimo iż są praktycznie niewidoczne, stanowią bardzo ważny budulec Wszechświata, którego łączna masa może dorównywać całkowitej masie wszystkich innych znanych form materii. Ponadto poruszają się one z prędkościami niewiele mniejszymi od prędkości światła pokonując ogromne dystanse. Znikoma masa neutrin ma także bardzo ważne konsekwencje dla struktury Wszechświata oraz wybuchów Supernowych.

Jednakże najważniejszą i najbardziej zadziwiającą cechę neutrin zapostulował w latach trzydziestych ubiegłego wieku włoski fizyk Ettore Majorana: w przeciwieństwie do wszystkich innych cząstek elementarnych neutrino miałoby być swoją własną antycząstką.

Celem eksperymentu GERDA (GERmanium Detector Array) prowadzonego w podziemnym laboratorium w Gran Sasso, należącym do Narodowego Instytutu Fizyki Jądrowej we Włoszech, jest określenie natury neutrina (cząstka Diraca czy Majorany) oraz wyznaczenie jego masy. GERDA poszukuje tak zwanego podwójnego rozpadu beta izotopu Ge-76 zachodzącego z emisją i bez emisji neutrin. W tym drugim przypadku neutrino musiałoby być cząstką Majorany. W klasycznym rozpadzie beta neutron znajdujący się w jądrze atomowym rozpada się na proton, któremu towarzyszy elektron i antyneutrino elektronowe. Rozpad beta jądra Ge-76 nie może zajść ze względu na zasadę zachowania energii. Jednak równoczesna konwersja dwóch neutronów jest możliwa i proces taki został zarejestrowany w detektorze GERDA. Jest to jeden z najrzadszych rozpadów jaki kiedykolwiek zaobserwowano. Pomiary wykonano z bardzo duża precyzją wyznaczając czas połowicznego zaniku Ge-76 ze względu na rozpad z emisją dwóch neutrin, na poziomie 2•1021 lat. Jest to okres czasu ponad 100 miliardów razy dłuższy od wieku Wszechświata. Jeżeli neutrino byłoby cząstką Majorany to także powinien zachodzić podwójny rozpad bezneutrinowy lecz z jeszcze mniejszym prawdopodobieństwem. W takim przypadku antyneutrino powstałe w jednym rozpadzie, powinno zostać zaabsorbowane przez drugi rozpadający się neutron jako neutrino. Byłoby to możliwe tylko wtedy, gdyby neutrino i antyneutrino były cząstkami identycznymi.

GERDA jest projektem europejskim, zrzeszającym naukowców z 16 instytutów badawczych i uniwersytetów z Niemiec, Włoch, Rosji, Polski, Szwajcarii i Belgii. Zaangażowane w projekt jednostki to: Instytut Fizyki Jądrowej im. Maksa Plancka w Heidelbergu, Instytut Fizyki im. Maksa Plancka oraz Politechnika w Monachium, uniwersytety w Tybindze, Dreźnie, Zurychu oraz Uniwersytet Jagielloński w Krakowie, INFN LNGS w Gran Sasso, INFN w Mediolanie-Biccoca, INFN w Padwie, INR, ITEP i Instytut Kurczatowa w Moskwie, JINR w Dubnej oraz IRMM w Geel. Eksperyment GERDA finansowany jest przez Stowarzyszenie Maksa Planka w Niemczech (MPG), Ministerstwo Edukacji i Badań w Niemczech (BMBF), Narodowy Instytut Fizyki Jądrowej we Włoszech (INFN), Fundację na Rzecz Badań w Niemczech (DFG), Narodowe Centrum Nauki w Polsce (NCN), Rosyjską Fundację Badań Podstawowych (RFBR) i Narodową Fundację Badań w Szwajcarii (SNF). Grupy badawcze biorące udział w eksperymencie wspierane są także przez macierzyste jednostki. Zespół GERDA dziękuje za wsparcie i pomoc w realizacji projektu dyrekcji oraz personelowi LNGS.

Ze strony polskiej w projekt GERDA zaangażowani są fizycy z Instytutu Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego:

  • prof. dr hab. Marcin Wójcik,
  • dr Grzegorz Zuzel,
  • dr Marcin Misiaszek,
  • dr Anna Jany,
  • mgr Nikodem Frodyma,
  • mgr Krzysztof Pelczar.

Pełny opis wyników eksperymentu można znaleźć na stronach Wydziału Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej

Strona eksperymentu GERDA

Polska strona eksperymentu GERDA

Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) we Wloszech, gdzie realizowany jest eksperyment GERDA. Na zdjęciach po lewej stronie uwidoczniono infrastrukturę instytutu znajdującą się na powierzchni oraz szczyt Corno Grande, pod którym wydrążono podziemne laboratoria: trzy duże hale wraz z łączącymi je korytarzami. Ich schemat pokazany jest po prawej stronie wraz z umiejscowieniem realizowanych tam projektów. Do laboratorium wjeżdża się z tunelu autostrady A24.

Serce eksperymentu GERDA: trzy z ośmiu wzbogaconych detektorów koaksjalnych (po lewej) oraz pięć detektorów typu BEGe (po prawej) wykorzystywanych w pierwszej fazie eksperymentu.

Data opublikowania: 19.07.2013
Osoba publikująca: Łukasz Wspaniały
Uniwersytet Jagielloński

Widok zawartości stron Widok zawartości stron