NEYTRİNOLAR və KATRIN TƏCRÜBƏSİ

Kvant dünyası atom və zərrəciklərin dünyasıdır. Bir çox yazılarımızda izah etdiyimiz Standard Modelə əsasən 6 kvark, 6 leptonlar, foton, W və Z bozonları, və Hiqqs bozonu ən elementar zərrəciklərdir. Kvark və leptonlar maddələri əmələ gətirən, geri qalanları isə qüvvə daşıyıcıları kimi də tanınır. Bu zərrəciklərin hər birinin özünə məxsus kütləsi və digər fiziki xassələri elmə məlumdur. Daha doğrusu çoxunun. Niyə? Çünki, hələ də elə zərrəciklər var ki, onların kütləsini dəqiq ölçmək mümkün olmayıb. Söhbət, neytrinolardan gedir.

Netrinolar leptonlar sinfinə aiddir. Belə ki, elektron, müon və tau zərrəciklərinin müvafiq netytrinoları vardır. Əsasən, neyrtinoların yaranma prosesində iştirak edən zərrəciyə görə onun hansı növ olduğunu təyin etmək olar. Məsələn, tritium nüvəsi helium-3 atomuna parçalanarkən bir elektron və elektron neytrinosu yaranır. Neytrinolar elektrostatik neytral zərrəciklərdir. Əslində adını da bu xassəsindən götürüb. Yüksüz olduğuna görə elektromaqnetik sahə ilə təsirə girmir və milyardlarla illər boyunca düz trayektoriyada hərəkət edə bilirlər. Eyni zamanda, qarşılarına çıxan bütün maddələrin də içindən keçə bilirlər. Siz bu yazını oxuduğunuz vaxt milyonlarla neytrinolar içinizdən keçir. Neytrinoların fərqli yaranma səbəbləri var. Əsasən parçalanma reaksiyalarında ortaya çıxırlar. Hal-hazırda kosmosun hər bir nöqtəsində Big Bangdən qalma neytrinoların izinə rast gəlmək olar. Ulduzlar yüksək enerjili neytrinoların mənbəyidir.

Əslində, az öncəki cümlədə "nəzəri olaraq rast gəlmək olar" ifadəsini işlətməli idim. Çünki, reallıqda bu asan iş deyil. Kainatda bu qədər bol neytrinolar varkən, onların bir dənəsini təsbit etmək üçün bir neçə tonluq sensorlar quraşdırmaq gərəkdir. Üstəlik bu aparatlar çox həssas olduğu üçün onları ətraf mühitdən qorumaq lazımdır. Neytrino ovu ən effektiv Yerin qat-qat dərinliklərində olar. Bu şəraiti yaratmaq isə çoxlu maddi dəstək gərəkdirir.

Neytrinolar haqqında çox məlumata sahib olsaq da, onun dəqiq kütləsi hələ də bilinməz qalır. Əvvəllər, kütləsiz hesab edilirdilər. Bu da onların işıq sürəti ilə hərəkət etməsi deməkdir. Sonradan tapılan və 2015-ci il Fizika üzrə Nobel mükafatına layiq görülən kəşfə görə neytrinolar hal dəyişdirir. Yəni, elektron neytrinosu kimi yola başlayan zərrəcik yolun ortasında müon neytrinosuna çevrilə, daha sonra da tau neytrinosu kimi də yola davam edə bilər. Bu xassə neytrinolarda cüzi kütlənin olmasına nəzəri sübutdur. Bu kütlə protonun kütləsinin 1%-dən də azdır.

Neytrinoların kütləsini ölçmək üçün alimlər son olaraq Karlsruhe Tritium Neytrino  - KATRIN təcrübəsinə başlayıblar. 60 milyon avro vəsait xərclənən bu araşdırma nəhayət sonlanır. 2001-ci ildən bu tərəfə 140-dan çox həmkar 70 illik axtarışa son qoymaq üçün əllərindən gələni ediblər. Nəhəng detektorlu bu təcrübə neytrinoların kütləsini 0.2 elektron Volt (eV) aşağı sərhəddə qədər axtaracaq. Əgər tapılsa, birbaşa kütləsi bilinəcək. Əks halda deməli, neytrinolar 0.2 eV-dan da yüngüldür. Qeyd edim ki, bu detektor o qədər böyükdür ki, onu adi yerüstü  nəqliyyatla hazırlandığı yerdən (Münhen) təcrübə məntəqəsinə (Karlsruhe) aparmaq mümkün olmayıb. Əvəzinə, kanal və çaylar üzərindən dəniz və okeana çıxarılaraq, yenidən kanal və çaylar vasitəsilə Karlsruhe şəhərinə aparılıb. Bu da 400 km əvəzinə 8800 km yol, 6 aydan çox vaxt deməkdir. Alimlərin fikrincə əldə ediləcək məlumatlar bütün çəkilən əziyyətləri unutduracaq.

KATRIN təcrübəsi maraqlı yolla neytrinoların kütləsini ölçməyə çalışacaq. Neytrinolar ilk beta çevrilməsində müşahidə olunublar. Yaranan kütlə defekti əlavə bir zərrəciyə işarə idi. Bu təcrübədə həmin çevrilmədən istifadə ediləcək. Yaranan neytrinoların kütləsi qədər elektronların enerjisində azalma olur. Neytrinoları tutmaqdansa elektronları ölçmək daha asandır. Bu elektronların müəyyən məsafə qət edib, ətraf elektromaqnetik sahə ilə məcburi trayektoriyasının sonunda detektorla toqquşacaq. Toqquşmadan ayrılan fotonla elektron kütləsini tapmaq olar. Bunun üçün sadə enerji və hərəkət miqdarının saxlanma qanunlarını istifadə etmək lazımdır. Bütün toqquşmalar sonunda tapılan elektron kütlələri kompüter bazasında saxlanılacaq. Və sonradan ən yuxarı qeydə alınmış kütlə axtarılacaq. Və beləcə, normal elektron kütləsi ilə tapılmış ən yuxarı kütlə qiymətinin fərqi bizə neytrinonun kütləsini verəcək. Az öncə qeyd etdiyimiz kimi, təcrübə 0.2 eV -a qədər enməyi planlaşdırır. Daha dəqiq hesablamalar üçün bir neçə detektora ehtiyac duyulur.

Hal-hazırda test sınaqları bitirilib. Son tamamlama və kalibrasiya işləri gedir. Ümid edirik, gələn ilə nəticələr açıqlananda yenilikləri sizinlə bölüşəcik.