Detectorul proiectului CUORE (The Cryogenic Underground Observatory for Rare Events) 

De ce există materie în Univers? Unde a dispărut antimateria? Noi existăm pentru că materia a „învins” în lupta cu antimateria, însă la ora actuală nu ştim bine cum a avut loc acest proces. Studiul neutrinilor, particulele cele mai misterioase din cadrul modelului standard, ne-ar putea ajuta să înţelegem ce s-a întâmplat imediat după Big Bang şi cum de materia a ajuns să "supravieţuiască" procesului de anihilare cu antimateria.



Teoria Big Bangului, care a dat naştere universului nostru, susţine că la început, când Universul a luat naştere, există atât materie, cât şi antimaterie: fiecărei particule îi corespundea o antiparticulă. Atunci ar fi fost de aşteptat că acestea să se anihileze şi, în final, să dea naştere unui Univers doar de energie – de exemplu fotoni. Totuşi, în prezent, după mai bine de 13 miliarde de ani de la Big Bang, avem un univers de materie – nici urmă de antimaterie. Unde a dispărut această? Ce s-a întâmplat cu antimateria?

De zeci de ani oamenii de ştiinţă caută răspunsul la această întrebare – practic de când a fost descoperită antimateria. Aceasta a fost prezisă de către fizicianul Paul Dirac, prin faimoasa ecuaţie care îi poartă numele (chiar dacă la început nu era deloc clar că această ecuaţie prevedea existenţa antimateriei, scopul lui Dirac fiind să descrie comportamentul electronilor) în 1928. Pozitronii, antiparticulele electronilor, au fost descoperiţi în 1932 de către Carl Anderson. De când teoria Big Bangului a fost introdusă în fizică dispariţia antimateriei a devenit un adevărat mister - unul dintre cele mai fascinante din fizică modernă.

La ora actuală se crede că soluţia ar fi legată de faptul că în lumea antimateriei există legi diferite faţă de cele din lumea materiei (de exemplu antiparticulele au un comportament uşor diferit); o asimetrie deci între materie şi antimaterie care a fost inclusiv măsurată la acceleratoarele de particule, de exemplu în studiul kaonilor şi al antikaonilor. Asimetria măsurată însă nu justifică dispariţia completă a antimateriei. Din acest motiv oamenii de ştiinţă caută alte procese care ne-ar putea ajuta să înţelegem mai bine ce s-a întâmplat.

Studiul neutrinilor ar putea să ne dea o mâna de ajutor. Neutrinii sunt particule fără sarcină electrică, au o masă, care este însă deocamdată cunoscută (se ştie însă că este foarte mică) şi alte interesante proprietăţi cuantice. Ceea ce însă nu se ştie este dacă neutrinii sunt aceleaşi particule ca antineutrinii sau sunt două tipuri de particule.

Răspunsul la această întrebare este extrem de important. Dacă neutrinul şi antineutriul reprezintă aceeaşi particulă (cum susţinea fizicianul italian Ettore Majorana în 1937), atunci ar avea loc în Univers un proces numit „violarea conservării numărului leptonic”. Dacă numărul leptonic nu s-ar conserva ar fi posibil ca antimateria să se transforme în materie, iar atunci am avea o explicaţie naturală a dispariţiei antimateriei din Univers.

Leptonii reprezintă denumirea unui grup de particule cu spinul 1/2 care nu "resimt" forţa nucleară tare. Există 6 tipuri de leptoni, clasificaţi în 3 generaţii. Prima generaţie conţine: electronul şi neutrinul electronic, a doua generaţie conţine miuonul şi neutrinul miuonic, iar a treia generaţie conţine tauonul şi neutrinul tauonic.
        
Aici puteţi descărca un poster cu modelul standard al particulelor elementare:
        
În fizica particulelor numărul leptonic este un număr cuantic care se conservă, reprezentând diferenţa dintre numărul leptonilor şi numărul antileptonilor într-o reacţie a unei particule elementare. Pe larg despre numărul leptonic aici.

La ora actuală însă toate procesele studiate au demonstrat conservarea acestui număr leptonic.

Pentru a putea măsura o eventuală anomalie, oamenii de ştiinţă studiază aşa-numita dublă dezintegrare beta fără emisie de neutri. Dezintegrarea beta este un proces în cadrul căruia un nucleu instabil se transformă într-un nucleu (mai) stabil, emițând un electron şi un antineutrin. În cadru unei duble dezintegrări beta se emit doi electroni şi doi antineutrini. Dacă însă neutrinul şi antineutrinul sunt acelaşi tip de particulă, atunci cei doi antineutrini emişi s-ar putea anihila, caz în care în dubla dezintegrare beta ar lua naştere doar doi electroni.

Acest gen de procese sunt în prezent studiate în laboratoarele subterane; până în prezent însă nu au fost văzute procese de dublă dezintegrare beta în cadrul cărora să fie emişi doar doi electroni. Experimente precum CUORE, la laboratorul subteran de la Gran Sasso în Italia, au fost perfecţionate şi în viitorul apropiat vor continua studiul aceste interesante procese.