24 września 2020

Na tropie neutrina Majorany

Obok fotonów („cząstek światła”) neutrina są najbardziej rozpowszechnionymi cząstkami we Wszechświecie. Są one neutralne oraz mają bardzo małą masę (fizycy nie wiedzą jeszcze jak małą) przez co rzadko oddziałują z innymi cząstkami i niezwykle trudno je wykryć. Niemniej jednak odgrywają centralną rolę chociażby w produkcji energii we wnętrzu Słońca. Najważniejszą i najbardziej zadziwiającą tezę na temat neutrin wysunął jednak w latach trzydziestych XX wieku włoski fizyk Ettore Majorana, który twierdził, że w przeciwieństwie do wszystkich innych cząstek elementarnych, neutrino może być swoją własną antycząstką.

Byłoby tak gdyby zachodził tzw. podwójny bezneutrinowy rozpad beta (0v). Procesu tego poszukuje się m.in. w eksperymencie GERDA realizowanym w podziemnym laboratorium w Gran Sasso we Włoszech. Rejestracja rozpadu 0v będzie równoznaczna z odkryciem nowej cząstki elementarnej – neutrina Majorany. Tego typu odkrycie byłoby co najmniej tak doniosłe jak odkrycie bozonu Higgsa, za które przyznano w ostatnich latach Nagrodę Nobla. W projekcie GERDA bierze udział zespół z Uniwersytetu Jagiellońskiego pod kierownictwem dr hab. Grzegorza Zuzla.

Wykrycie rozpadu 0v wymaga układu detekcyjnego o ekstremalne niskim tle. Tłem nazywane są zdarzenia niepożądane, np. zwykłe rozpady promieniotwórcze. Jest więc niezwykle ważne aby materiały detektora zawierały jak najmniej, praktycznie w ogóle, naturalnych izotopów promieniotwórczych. Tym zagadnieniem zajmuje się zespół dr Zuzla, którego badania mające na celu opracowanie materiałów wolnych od naturalnej promieniotwórczości (materiały ponad miliard razy czystsze, niż te występujące w otaczającym nas środowisku) finansowane są m.in. przez Narodowe Centrum Nauki i Fundację na rzecz Nauki Polskiej (program TEAM).

Wyniki prowadzonych prac można będzie także wykorzystać w obszarach życia codziennego takich jak: elektronika (eliminacja tzw. „soft errors”), medycyna (podniesienie sprawności urządzeń takich jak PET) czy ochronie radiologicznej.

-Augustyna Szczepańczyk