Pisa’daki Nanobilim Enstitüsü’nden Valentina Tozzini liderliğindeki fizikçiler, nötrinonun kütlesinin trityumlu grafen ile ölçülebileceğini öne sürüyor. Deneyler, nötrinoların tamamen kütlesiz olmadığını gösteriyor. Ancak bugüne kadar yapılan ölçümler, bu parçacıkların mutlak kütlesini doğrudan ve kesin biçimde belirlemeye yetmiyor.
Nötrinolar üç farklı türde bulunuyor: elektron nötrinosu, müon nötrinosu ve tau nötrinosu. Ancak bu parçacıklar uzayda ilerlerken sabit bir tür olarak kalmıyor. Bir türden diğerine dönüşebiliyor. Bu olaya “nötrino salınımı” adı veriliyor.
Nötrino salınımı, parçacıkların kütlesiz olamayacağını gösteriyor. Çünkü bu dönüşümün gerçekleşebilmesi için nötrino türleri arasında küçük de olsa kütle farklarının bulunması gerekiyor. Fakat bu salınımlar yalnızca kütle farklarını ortaya koyuyor. Her bir nötrino türünün mutlak kütlesi ise hala bilinmiyor. Bugüne kadar yapılan deneyler, nötrino kütlesinin 0,45 elektronvolttan daha düşük olduğunu gösteriyor. Bu değer, bir elektronun kütlesinden yaklaşık bir milyon kat daha küçük.
Daha önceki ölçümler işe yaramadı
Nötrino kütlesini ölçmek için en umut verici yollardan biri, trityumun beta bozunumuna dayanıyor. Trityum, hidrojenin radyoaktif bir izotopu olarak biliniyor. Çekirdeğinde bir proton ve iki nötron bulunuyor.
Trityum bozunduğunda bir elektron ve bir antinötrino açığa çıkıyor. Bozunumdan gelen enerji, bu iki parçacık arasında paylaşılıyor. Nötrinonun kütlesi varsa, enerjinin çok küçük bir kısmını yanında taşıyor. Bu da yayılan elektronun enerjisinde son derece küçük bir değişim yaratıyor.
Bu nedenle araştırmacılar, çok büyük sayıda elektronun enerjisini hassas biçimde ölçerek nötrinonun kütlesine dair izleri yakalamaya çalışıyor. Ancak bu iz, elektron enerjisinin yalnızca çok dar bir aralığında ortaya çıkıyor. Bu da deneylerde hem yoğun bir trityum kaynağı hem de olağanüstü yüksek enerji çözünürlüğü gerektiriyor.
Çözüm yine grafende
Yeni çalışmada araştırmacılar, trityum atomlarının tek atom kalınlığındaki grafen tabakasına bağlandığı bir sistemi teorik olarak modelledi. Hesaplamalar, beta bozunumu sırasında oluşan helyum-3 çekirdeğinin geri tepmesinin grafen tarafından baskılanabileceğini gösteriyor.
Normal koşullarda trityum bozunduğunda oluşan helyum-3 çekirdeği geri teper ve enerjinin bir bölümünü alır. Bu geri tepme, elektronun enerji dağılımını bulanıklaştırabilir. Ancak grafenin atomik örgüsü, bu hareketi sınırlayarak bozunum enerjisinin daha büyük kısmının elektron üzerinden okunabilmesini sağlayabilir.
Araştırmacılar bu etkiyi, gama ışını spektroskopisinde bilinen keskin enerji çizgilerine benzetiyor. Katı bir yapı içinde kilitlenen çekirdekler, enerjiyi daha belirgin biçimde aktarabiliyor.
Phys org’un haberine göre; İtalya’daki Gran Sasso Ulusal Laboratuvarı’nda yürütülmesi beklenen PTOLEMY deneyi, trityumlanmış grafen kullanarak nötrino kütlesini ölçmeyi hedefliyor.
Araştırmacıların tahminleri deneysel olarak doğrulanırsa, trityumlu grafen nötrino fiziğinde uzun süredir beklenen bir ölçüm sıçramasına katkı sağlayabilir. Bu yöntem, yalnızca nötrinonun kütlesine dair daha hassas bir değer sunmakla kalmayabilir; aynı zamanda üç nötrino türünün mutlak kütlelerini belirlemeye giden yolu da açabilir.
Kaynak: Physical Review C