การส่งองค์ประกอบหนึ่งไปสู่อีกองค์ประกอบหนึ่ง (โดยปกติคือทองคำ) คือสิ่งที่เป็นความฝันที่มีไข้และจินตนาการที่เพ้อฝันสำหรับนักเล่นแร่แปรธาตุย้อนกลับไปในวันที่ ปรากฎว่าธรรมชาติทำตลอดเวลาโดยไม่ได้รับความช่วยเหลือจากเรา - แม้ว่าจะไม่ได้เป็นทอง
การเล่นแร่แปรธาตุตามธรรมชาตินี้เรียกว่ากัมมันตภาพรังสีเกิดขึ้นเมื่อธาตุสลายตัวและเปลี่ยนไปเป็นธาตุอื่น
จากการศึกษาการสลายตัวที่หายากเราจะได้คำใบ้ของพื้นฐานทางฟิสิกส์ - ฟิสิกส์ขั้นพื้นฐานดังนั้นมันอาจจะเกินความเข้าใจในปัจจุบันของเรา
หนึ่งในการสลายกัมมันตรังสีที่เข้าใจยากเหล่านี้ไม่เคยเห็นมาก่อน แต่นักฟิสิกส์คือ จริงๆ หวังว่าจะพบมัน การสลายตัวของนิวทริโนเลสเรียกว่าการสลายตัวแบบเบต้าสองครั้งมันหมายถึงองค์ประกอบกัมมันตรังสีคายอิเลคตรอนสองตัวออกมาและไม่มีสิ่งอื่นใด (ไม่ใช่แม้แต่อนุภาคที่น่ากลัวน่ากลัวและไม่มีประจุ หากนักฟิสิกส์จัดการกับการเสื่อมสลายในโลกแห่งความจริงมันจะละเมิดกฎพื้นฐานทางฟิสิกส์และกระตุ้นการแข่งขันเพื่อค้นหาสิ่งใหม่
แต่ข่าวร้ายสำหรับแฟน ๆ ของการสลายตัวของนิวทริโนเลสดับเบิลเบต้า: หนึ่งในการทดลองที่ใช้งานยาวนานที่สุดที่เผยแพร่เมื่อไม่นานมานี้แสดงให้เห็นว่าไม่มีคำใบ้ของกระบวนการนี้หมายความว่าหากกระบวนการยูนิคอร์นนี้เกิดขึ้น และคำตอบเดียวที่เรามีตอนนี้คือการขุดต่อไป
สารกัมมันตรังสีที่เหลือ
เพื่อให้เข้าใจถึงความสำคัญของการสลายตัวของนิวทริโนเลสเราต้องย้อนกลับไปมากกว่าหนึ่งศตวรรษจนถึงปลายศตวรรษที่ 18 เพื่อทำความเข้าใจว่าการสลายกัมมันตรังสีเป็นอย่างไรในตอนแรก เป็นเออร์เนสต์รูเทอร์ฟอร์ดที่มีความเชี่ยวชาญอย่างแปลกประหลาดซึ่งคิดว่ามีการสลายตัวสามแบบที่เขาเรียกว่าอัลฟ่าเบต้าและแกมม่า (เพราะเหตุใด)
การสลายตัวเหล่านี้แต่ละครั้งนำไปสู่การปลดปล่อยพลังงานที่แตกต่างกันและรัทเธอร์ฟอร์ดพบว่าสิ่งที่เรียกว่า "รังสีบีตา" สามารถเดินทางผ่านแผ่นโลหะบางส่วนก่อนที่จะหยุด การทดลองในภายหลังเผยให้เห็นธรรมชาติของรังสีเหล่านี้: มันเป็นแค่อิเล็กตรอน ดังนั้นองค์ประกอบทางเคมีบางอย่าง (พูด, ซีเซียม) ได้เปลี่ยนตนเองเป็นองค์ประกอบอื่น (พูด, แบเรียม) และในกระบวนการที่พวกเขาพ่นอิเล็กตรอนออกมา สิ่งที่ช่วยให้?
คำตอบจะไม่มาอีกสองสามทศวรรษหลังจากที่เราทราบว่าองค์ประกอบใดที่ทำจาก (อนุภาคเล็ก ๆ ที่เรียกว่าโปรตอนและนิวตรอน) โปรตอนและนิวตรอนที่ทำมาจากอะไร (แม้แต่อนุภาคที่เรียกว่าควาร์ก) และหน่วยงานเหล่านี้คุยกันอย่างไร อะตอมอื่น ๆ ภายใน (พลังนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งและอ่อนแอ) เราได้เรียนรู้ว่าในวันหนึ่งนิวตรอนสามารถตัดสินใจได้ว่าจะกลายเป็นโปรตอนและในกระบวนการนี้ได้ปล่อยอิเล็กตรอนออกมา เนื่องจากนิวตรอนเปลี่ยนไปเป็นโปรตอนและจำนวนของโปรตอนเป็นตัวกำหนดว่าคุณเป็นองค์ประกอบประเภทใดเราจึงสามารถเปลี่ยนองค์ประกอบให้กลายเป็นผู้อื่นได้อย่างน่าอัศจรรย์
บันทึก leptons
ในการทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงนี้นิวตรอนจะต้องเปลี่ยนโครงสร้างภายในและโครงสร้างภายในของมันทำจากตัวละครที่มีขนาดเล็กกว่าเรียกว่าควาร์ก โดยเฉพาะอย่างยิ่งนิวตรอนมีควาร์ก "ขึ้น" และควาร์ก "ลง" สองอันในขณะที่โปรตอนมีด้านหลัง - ควาร์กเดี่ยว "ลง" และควาร์ก "ขึ้น" ดังนั้นในการเปลี่ยนธาตุชนิดหนึ่งไปเป็นอีกธาตุหนึ่งและสร้างรังสีบีตาตลอดทางเราต้องพลิกหนึ่งควาร์กเหล่านี้จากบนลงล่างขึ้นไปและมีแรงเพียงหนึ่งเดียวในจักรวาลที่สามารถสร้างสิ่งนั้นได้: พลังนิวเคลียร์ที่อ่อนแอ .
ในความเป็นจริงแล้วนั่นเป็นพลังอ่อนแอทั้งหมดที่เคยทำ: มันแปลงควาร์กประเภทหนึ่งไปเป็นอีกประเภทหนึ่ง ดังนั้นแรงที่อ่อนแอจึงทำสิ่งนั้นควาร์กลงกลายเป็นควาร์กนิวตรอนกลายเป็นโปรตอนและองค์ประกอบจะเปลี่ยนไปเป็นอีกอนุภาคหนึ่ง
แต่ปฏิกิริยาทางกายภาพล้วน แต่เกี่ยวกับความสมดุล ยกตัวอย่างเช่นค่าไฟฟ้า ลองจินตนาการว่าเราเริ่มต้นด้วยนิวตรอนเดี่ยว - เป็นกลางแน่นอน ในตอนท้ายเราจะได้รับโปรตอนซึ่งมีประจุบวก นั่นเป็นสิ่งที่ไม่ต้องทำและบางสิ่งบางอย่างจำเป็นต้องสร้างสมดุล: อิเล็กตรอนที่มีประจุลบ
และต้องมีการทำสมดุลอื่น: จำนวนเลปตันทั้งหมดจะต้องเท่าเดิม Lepton เป็นเพียงชื่อที่น่าประหลาดใจสำหรับอนุภาคที่เล็กที่สุดบางตัวเช่นอิเล็กตรอนและคำที่เป็นแฟนซีสำหรับการทรงตัวนี้คือ "การอนุรักษ์หมายเลขเลตัน" เช่นเดียวกับประจุไฟฟ้าเราต้องสมดุลจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของเรื่องราว ในกรณีนี้เราเริ่มต้นด้วยศูนย์ leptons แต่ลงท้ายด้วยหนึ่ง: อิเล็กตรอน
มันสมดุลอะไร อนุภาคใหม่อีกอันสร้างขึ้นในปฏิกิริยาคือแอนตินิวตริโนซึ่งนับว่าเป็นลบ
ใครต้องการนิวตริโน?
นี่คือการเปลี่ยนแปลง: อาจมีการสลายตัวของเบต้าที่ไม่ต้องการนิวตริโนเลย แต่นั่นจะไม่เป็นการละเมิดการอนุรักษ์หมายเลข lepton ที่สำคัญทั้งหมดหรือไม่ ทำไมใช่มันจะและมันจะยอดเยี่ยม
บางครั้งการสลายตัวของเบต้าสองครั้งสามารถเกิดขึ้นได้ในคราวเดียว แต่โดยทั่วไปแล้วการสลายตัวของเบต้าสองครั้งที่เกิดขึ้นพร้อมกันในอะตอมเดียวกันซึ่งในขณะที่หายากนั้นไม่ใช่สิ่งที่น่าสนใจทั้งหมดนั่นคือการแยกอิเล็กตรอนสองตัวออกมา แต่มีการสลายตัวของเบต้าเบตาแบบสองสมมติฐานที่ไม่มีนิวตริโน ชนิดนี้ใช้ได้เฉพาะในกรณีที่นิวตริโนเป็นปฏิปักษ์ของมันเองซึ่งหมายความว่านิวตริโนและแอนตินิวตริโนเป็นสิ่งเดียวกัน และในระดับปัจจุบันของความรู้เกี่ยวกับสิ่งต่าง ๆ เราไม่ทราบว่านิวตริโนมีพฤติกรรมแบบนี้หรือไม่
เป็นการยากที่จะอธิบายกระบวนการภายในที่แน่นอนในการสลายตัวของนิวทริโนเลสที่เรียกว่า double-beta decay แต่คุณสามารถจินตนาการว่านิวตริโนที่ผลิตขึ้นมีปฏิสัมพันธ์กับตัวเองก่อนที่จะหนีปฏิกิริยา เมื่อไม่มีนิวตริโนปฏิกิริยานี้จะทำให้อิเล็กตรอนสองตัวแตกตัวออกไปและไม่มีสิ่งอื่นใดดังนั้นจึงเป็นการละเมิดการอนุรักษ์เลตันจำนวนซึ่งจะทำให้เกิดฟิสิกส์ที่รู้จักซึ่งน่าตื่นเต้นมาก ดังนั้นการล่าเพื่อตรวจจับบางอย่างเช่นนี้เพราะกลุ่มแรกที่ทำคือรับประกันรางวัลโนเบล ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมามีการทดลองมากมายที่โชคดีเข้ามาแล้วและหมายความว่าหากกระบวนการนี้มีอยู่ในธรรมชาติมันจะต้องเป็นไปได้ยากมาก
หายากแค่ไหน? ในรายงานล่าสุดทีมที่อยู่เบื้องหลัง Advanced Rare Molybdenum Experiment Experiment (AMoRE) ได้เปิดเผยผลลัพธ์แรกของพวกเขา การทดลองนี้ค้นหาการสลายตัวของนิวทริโนเลสที่ใช้เบต้าคู่โดยคุณเดาได้ว่าโมลิบดีนัมจำนวนมาก และคาดเดาอะไร ถูกต้องพวกเขาไม่เห็นความเสื่อมสลายใด ๆ ด้วยขนาดของการทดลองและระยะเวลาที่พวกเขาได้รับการบันทึกพวกเขาคาดการณ์ว่าการสลายตัวแบบดับเบิลเบต้าเกิดขึ้นกับชีวิตครึ่งชีวิตไม่น้อยกว่า 10 ^ 23 ปีซึ่งมากกว่าล้านล้านเท่าของอายุปัจจุบัน จักรวาล.
ใช่หายาก
นั่นหมายความว่าอย่างไร? หมายความว่าถ้าเราต้องการค้นหาฟิสิกส์ใหม่ในทิศทางนี้เราจะต้องขุดต่อไปและดูการสลายตัวมากขึ้นเรื่อย ๆ
Paul M. Sutter เป็นนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่ มหาวิทยาลัยแห่งรัฐโอไฮโอโฮสต์ของ ถามนักบินอวกาศ และ วิทยุอวกาศและผู้เขียนของ สถานที่ของคุณในจักรวาล.
