Parçacık Fiziği’nin Standart Modelini tamamen değiştirebilecek bir deneyle İtalya’daki bilim insanları, bir dağın derinliklerinde bilginin sınırlarını zorluyor.
Nötrinosuz çift beta bozunması olarak bilinen nadir nükleer parçacık bozunması teorisini belgelemek amacıyla, Yale araştırmacılarını da içeren Nadir Olaylar için Kriyojenik Yeraltı Gözlemevi (CUORE) adlı deneyleri şu anda iki ton-yıl veri topladı. Bu, CUORE dedektöründeki küp şeklindeki kristallerin bir ton ağırlığında olması durumunda iki yıl boyunca veri toplamakla eşdeğerdir.
Standart çift beta bozunumunun parçacık süreci daha önce belirlenmiştir. Atomun çekirdeğinde bulunan yüksüz parçacıklar olan iki nötron, bu olay gerçekleştiğinde iki protona dönüşür ve iki elektron ile iki antinötrino salar. Nötrinoların antimadde eşdeğeri antinötrinodur.
Nötrinosuz çift beta bozunmasının antinötrino üretmediği varsayılmaktadır. Bu, hipoteze uygun olarak, nötrinoların ve antinötrinoların özdeş olduğunu yani bir nötrinonun kendi karşı parçacığı olduğunu gösterecektir.
Science dergisinde yayınlanan yakın tarihli bir makalede, CUORE araştırmacıları en son veri setlerini kullanarak bir tellür atomunda nötrinosuz çift beta bozunmasının sıklığına yeni sınırlar koydu. Onlara göre bu, her 50 septilyon yılda bir veya her trilyon yılda bir kez oluyor.
Özellikle oluşturulmuş bir algoritma, yakındaki araştırmacıların kısık sesleri, İtalyan kıyısında çarpan dalgalar ve dünyanın herhangi bir yerinden sismik şok dalgaları gönderen depremler gibi gereksiz “gürültüyü” yani titreşimleri ortadan kaldırarak araştırmacılara işlerinde yardımcı oldu. Gürültü engelleme kulaklıklarını düşünün, ancak çok daha kapsamlı.
CUORE üyesi fizik ve astronomi profesörü Reina Maruyama’ya göre, “bu veri yayınının odak noktası, dış titreşim kaynaklarını anlamak ve bu titreşimleri verilerimizden nasıl çıkaracağımızı öğrenerek bu son derece nadir bozunmayı daha iyi aramaktır.”
Gran Sasso Ulusal Laboratuvarı, CUORE tesisine ev sahipliği yapmaktadır. Tesis, 2.000 yıllık bir Roma batığından kurtarılan kurşun külçelerinden yapılmış düşük radyasyonlu bir kalkanla çevrilidir ve bir milin üzerinde kayanın altında yer almaktadır.
CUORE’nin yeni gürültü engelleme özellikleri, gürültü engelleme ayarına ve korumasına rağmen bazı titreşim gürültülerinin hala geçmesinden kaynaklanmıştır.
Araştırma ekibi, devam eden soruşturmalarının bir parçası olarak, dedektörün yanına titreşim, sıcaklık, ses ve elektriksel paraziti izleyen yirmi dörtten fazla sensör yerleştirdi. Bilim insanları, sensör verilerini kaydedilen verilerle karşılaştırarak dedektör aktivitesinin “gürültü” olup olmadığını ve dikkate alınmaması gerektiğini belirleyebildiler. CUORE’dan hem taze hem de daha önce toplanmış veriler yeni algoritmaya tabi tutuldu.
Yıllar süren planlama ve geliştirme çalışmalarının ardından, Yale dahil olmak üzere 20’den fazla akademik kurumu içeren ve Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı tarafından yönetilen deney, 2017 yılında faaliyete başladı.
Bu yılın geri kalanında CUORE veri toplamaya devam edecek. Aynı yerde nötrinosuz çift beta bozunumu arayışı daha sonra yerini, Parçacık Tanımlamalı CUORE Yükseltmesi’ne (CUPID) bırakacak.
Etkinlik tanımayı ve arka plan ayrımını güçlendirmek için CUPID ekibi, deneydeki termal dedektörleri geliştirilmiş ışık sensörleriyle donatacak. Ek olarak, tellür yerine geliştirilmiş molibden kristalleri kullanılacaktır.
Yale FAS’ta Eugene Higgins Fizik Profesörü ve yakın zamanda CUPID deneyi için uluslararası sözcü olan Karsten Heeger, “Nötrinosuz çift beta bozunmasını tespit etmek, nötrinoların kendi antipartikülleri olduğunu, yani Majorana parçacıkları olarak bilindiğini ortaya çıkaracaktır,” dedi.
Heeger, “Nötrinoların bu eşsiz doğası, evrendeki madde-anti madde asimetrisini açıklayabilir; yani anti maddeden daha fazla madde olması gerçeğini,” diye belirtti. Bu aynı zamanda, lepton sayısı adı verilen Parçacık Fiziği Standart Modelinin temel bir ilkesini ihlal edecek ve yeni fiziğe dair kesin kanıt sağlayacaktır.
Yale’den araştırmacılar, düşük enerjili analiz oluşturma ve müon kaynaklı arka planları azaltma gibi bir dizi CUORE ve CUPID girişiminin ön saflarında yer almaktadır. Maruyama ve Heeger’e ek olarak, Yale Sanat ve Bilim Yüksekokulu’ndan yüksek lisans öğrencileri Ridge Liu, Maya Moore ve Zach Muraskin; eski yüksek lisans öğrencisi Samantha Pagan; ve Fizik Bölümü’nden araştırma bilimcisi Penny Slocum, doktora sonrası araştırmacı Tyler Johnson ve mühendis James Wilhelmi, deneylere katılan Yale araştırmacıları arasında yer almaktadır.
Kaynak://phys.org/news/2025-10-neutrinoless-beta-decay-noise-cancelling.html
Haberi Derleyen: Yusuf Havvat Çukurova Üniversitesi Fizik Bölümü