Trabalhando no conjunto de detectores de germânio na sala limpa do laboratório subterrâneo de Gran Sasso. Crédito:J. Suvorov / GERDA Collaboration
Na busca por provar que a matéria pode ser produzida sem antimatéria, o experimento GERDA no Laboratório Subterrâneo Gran Sasso, na Itália, está procurando por sinais de decaimento beta duplo sem neutrinos. O experimento tem a maior sensibilidade mundial para detectar a decadência em questão. Para melhorar ainda mais as chances de sucesso, um projeto de acompanhamento, LENDA, usa um experimento de decaimento ainda mais refinado.
Embora o Modelo Padrão de Física de Partículas tenha permanecido praticamente inalterado desde sua concepção inicial, observações experimentais para neutrinos forçaram a parte neutrina da teoria a ser reconsiderada em sua totalidade.
A oscilação de neutrino foi a primeira observação inconsistente com as previsões, e prova que os neutrinos têm massas diferentes de zero, uma propriedade que contradiz o Modelo Padrão. Em 2015, esta descoberta foi recompensada com o Prêmio Nobel.
Adicionalmente, existe a conjectura de longa data de que os neutrinos são as chamadas partículas de Majorana:ao contrário de todos os outros constituintes da matéria, os neutrinos podem ser suas próprias antipartículas. Isso também explicaria por que há muito mais matéria do que antimatéria no universo.
O experimento GERDA é projetado para examinar a hipótese de Majorana, procurando o decaimento beta duplo sem neutrinos do isótopo de germânio. 76 Ge:Dois nêutrons dentro de um 76 O núcleo Ge se transforma simultaneamente em dois prótons com a emissão de dois elétrons. Essa decomposição é proibida no Modelo Padrão porque os dois antineutrinos - a antimatéria de equilíbrio - estão faltando.
A Universidade Técnica de Munique (TUM) tem sido um parceiro-chave do projeto GERDA (GERmanium Detector Array) por muitos anos. Prof. Stefan Schönert, que lidera o grupo de pesquisa TUM, é o palestrante do novo projeto LEGEND.
Crédito:Colaboração GERDA
O experimento GERDA atinge níveis extremos de sensibilidade
GERDA é o primeiro experimento a atingir níveis excepcionalmente baixos de ruído de fundo e agora ultrapassou a sensibilidade de meia-vida para decaimento de 10 26 anos. Em outras palavras, GERDA prova que o processo tem meia-vida de pelo menos 10 26 anos, ou 10, 000, 000, 000, 000, 000 vezes a idade do universo.
Os físicos sabem que os neutrinos são pelo menos 100, 000 vezes mais leve que elétrons, as próximas partículas mais pesadas. Sua massa exata, Contudo, ainda é desconhecido, e é outro tópico de pesquisa importante.
Na interpretação padrão, a meia-vida do decaimento beta duplo sem neutrinos está relacionada a uma variante especial da massa de neutrino chamada massa de Majorana. Com base no novo limite GERDA e nos de outros experimentos, esta massa deve ser pelo menos 1 milhão de vezes menor que a de um elétron, ou nos termos dos físicos, menos de 0,07 a 0,16 eV / c 2 .
Na física de partículas, as massas não são especificadas em quilogramas, mas sim de acordo com a equação de Einstein E =mc 2 :elétron-volts [eV] dividido pela velocidade da luz ao quadrado. Os elétron-volts são uma medida de energia. Esta convenção é usada para contornar unidades incomensuravelmente pequenas de massa:1 eV / c 2 corresponde a 1,8 × 10 -36 quilogramas.
Consistente com outros experimentos
Adicionalmente, outros experimentos limitam a massa do neutrino:a missão Planck fornece um limite para outra variante da massa do neutrino - a soma das massas de todos os tipos de neutrino conhecidos é inferior a 0,12 a 0,66 eV / c 2 .
O experimento de decaimento do trítio KATRIN no Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (KIT) é configurado para medir a massa do neutrino com uma sensibilidade de cerca de 0,2 eV / c 2 nos próximos anos. Essas massas não são diretamente comparáveis, mas fornecem uma verificação cruzada do paradigma de que os neutrinos são partículas de Majorana. Até aqui, nenhuma discrepância foi observada.
De GERDA para LEGEND
Durante o período de coleta de dados relatados, Detectores operados por GERDA com massa total de 35,6 kg de 76 Ge. Agora, uma colaboração internacional recém-formada, LENDA, vai aumentar essa massa para 200 kg de 76 Ge até 2021 e reduza ainda mais o ruído de fundo. O objetivo é atingir uma sensibilidade de 10 27 anos nos próximos cinco anos.
