Далечният роднина на Хигс бозона остава неуловим

Колаборацията EXO-200 още не е намерила загадъчните фермиони на Майорана.

Физиците продължават да търсят тайнствените фермиони на Майорана – елементарни частици, които се явяват античастици на самите себе си.

Ако бъдат открити, това ще накара учените кардинално да преразгледат картината на света. Но за две години експериментът не е дал положителен резултат.

Ако една частица е неуловима, тя е неуловима във всичко. Опитвайки се да разкрият природата на една от тези неуловими частици – неутриното – и да докажат нейната принадлежност към така наречените фермиони на Майорана, голяма международна колаборация физици анализирали резултатите от двегодишните си наблюдения и стигнали до извода, че нито могат да докажат тази принадлежност, нито да я опровергаят.

Резултатите изглеждали толкова важни на изследователите, че те ги публикували в последния брой на сп. Nature – едно от най-престижните научни списания в света.

Фермионът на Майорана е хипотетична частица, предсказана от италианския теоретик Еторе Майорана още през 1938 година. За всеки от фермионите – елементарни частици с половин спин, като например електрона – е характерно задължително наличие на античастица, но според Майорана трябва да съществуват фермиони, които се явяват античастици на самите себе си.

Ако такива частици съществуват, физиците ще трябва да коригират картината на света.

Според Олга Зелдович от руския Институт за теоретична и експериментална физика, който участва в колаборацията, съществуването на такива частици съществено може да повлияе и на физиката, и на космологията.

На първо място това ще доведе до несъхранение на т.нар. лептонно число – квантова величина, характеризираща частицата, която при всяка ядрена реакция трябва да остава неизменна. Днес това правило се смята за закон, изведен емпирично.

За три четвърти век, изминал от появата на тази хипотеза, фермионът на Майорана така и не бил открит, но физиците не спират търсенето. Еторе Майорана, тайнствено изчезнал скоро след като издигнал своята хипотеза (в нощта на 25 срещу 26 март той се качил на кораб, пътуващ от Неапол за Палермо, и повече никой не го видял), бил теоретик от много висок клас.

Неговият приятел Енрико Ферми смятал Майорана за един от най-великите физици на съвременността, така че едва ли може да е сгрешил.

От всички известни в света частици единствен кандидат за ролята на фермион на Майорана се явява неутриното – то няма електрически заряд и затова може да бъде античастица на себе си. Ако е така, излиза, че в някои ядрени реакции това трябва да се прояви. И по-конкретно – да се появят указания каква е масата на неутриното (отдавна е известно, че такава има, но засега никой не знае каква е тя).

„Изследвахме разпада на изотопа ксенон-136 – казва Олга Зелдович. – При този разпад ксенонът се превръща в барий-136, изпускайки два електрона и две неутрино. Ако неутриното представлява фермион на Майорана, то по принцип е възможна реакция без участието на неутрино. В продължение на две години изследвахме тези разпади в експеримент, наречен EXO-200 (The Enriched Xenon Observatory), в който търсехме безнеутринни разпади.“

Главната сложност на експеримента е в това, че периодът на полуразпада на ксенон-136 е невероятно голям – той превъзхожда живота на Вселената около 10 млрд. пъти.

Две години събиране на статистика позволили на учените да уточнят тази цифра, но така и не открили безнеутринен разпад. Според Олга Зелдович това не означава, че такъв разпад не съществува – възможно е той просто да не е открит и трябва да се търси, докато физиците не „уловят сигнал“.