Articolul de astăzi se bazează pe o știre de la sfârșitul verii, care a trecut aproape neobservată în vârtejul de evenimente care constituie actualitatea noastră curentă. Pe 26 august a intrat în funcțiune Observatorul subteran de neutrini de la Jiangmen (JUNO) din China și a început activitatea științifică de colectare a datelor. Rezultatele inițiale ale testelor și primele date colectate arată că indicatorii-cheie de performanță au fost atinşi sau depășiți, permițând ca JUNO să abordeze una dintre principalele întrebări deschise ale acestui deceniu în fizica particulelor: ordonarea maselor neutrinilor, sau dacă a treia stare de masă (ν₃) este mai grea decât a doua (ν₂). Sună puțin chinezește? Să încercăm să traducem.
(sursa imaginii: www.economist.com/interactive/science-and-technology/2025/08/26/a-chinese-lab-starts-to-tackle-a-giant-mystery-in-particle-physics)
Inaugurarea acestui important obiectiv științific este un argument suplimentar al fenomenului de integrare și participare a Chinei în programele internaționale cele mai avansate de cercetare științifică. Semnificativ este faptul că este vorba despre un domeniu de vârf al cercetării fundamentale în fizică, iar China face eforturi vizibile pentru a se poziționa nu doar ca factor activ, ci și că lider al acestor programe. JUNO este un proiect de colaborare finanțat de instituții internaționale, finanțarea principală provenind din surse chineze, inclusiv Academia Chineză de Științe și diverse universități și instituții de cercetare chineze. Deși este implicată o expertiză internațională (peste 700 de cercetători din 74 de instituții din 17 țări și regiuni), construcția și majoritatea finanțării pentru proiectul de circa 2,2 miliarde yeni (aproximativ 330 de milioane de dolari americani) au aparținut Chinei. JUNO este, de altfel, o continuare a Experimentului cu neutrini din Reactorul Daya Bay, un proiect multinațional de fizică a particulelor care studiază neutrinii și în special oscilațiile neutrinilor, situat în sudul Chinei, la aproximativ 52 de kilometri nord-est de Hong Kong și 45 de kilometri est de Shenzhen. JUNO era inițial planificat să fie plasat în imediata apropiere, dar prezența deja a trei reactoare nucleare în regiune ar fi putut influența măsurătorile. Locația aleasă este îngropată la 700 m adâncime într-un munte și accesul este posibil cu un tren care călătorește zece minute. JUNO este plasat la 53 km distanță de două reactoare nucleare care emit particule ale căror măsurători comparative fac parte din procedura științifică aplicată de fizicieni.
(sursa imaginii: www.economist.com/interactive/science-and-technology/2025/08/26/a-chinese-lab-starts-to-tackle-a-giant-mystery-in-particle-physics)
Pentru a încercă să înțelegem importanta acestui program de cercetare, să recapitulam câteva noțiuni fundamentale ale fizicii. Particulele elementare sunt cărămizile de bază care alcătuiesc lumea materială. Ele sunt de 12 tipuri, inclusiv 6 quarci, 3 leptoni încărcați și 3 neutrini. Proprietățile și interacțiunile lor fundamentale sunt descrise de Modelul Standard al fizicii particulelor. Din anii ’50 încoace, 17 savanți care au adus contribuții legate de Modelul Standard au primit Premii Nobel. Cu toate acestea, Modelul Standard încă se confruntă cu două probleme importante: căutarea și confirmarea bosonului Higgs (i-am dedicat și acestuia un articol cu câțiva ani în urmă) și numeroase mistere legate de neutrini. Neutrinii există în trei forme cunoscute sub numele de electron, muon și tau. Ei iau naștere în urma reacțiilor nucleare care alimentează cu energie stelele (inclusiv Soarele), dar și centralele atomice. Sunt extrem de ușori, însă cu o masă diferită de zero, nu au sarcină electrică și rareori interacționează cu altceva. Asta este foarte important, deoarece înseamnă că fluxurile de neutrini se deplasează în mare parte nestingherite și invizibile printre stele, dar și prin corpurile solide opace. Savanții îi numesc în glumă ‘fantomele lumii particulelor elementare’. Pentru a-i observa, trebuie construite instalații speciale cum este uriașa sferă de sticlă acrilică transparentă cu diametrul de 35,4 metri a lui JUNO, care conține 20.000 de tone de lichid scintilator, înconjurată de o grindă din oțel inoxidabil care susține aproximativ 43.200 de tuburi fotomultiplicatoare.
(sursa imaginii: www.economist.com/interactive/science-and-technology/2025/08/26/a-chinese-lab-starts-to-tackle-a-giant-mystery-in-particle-physics)
Care este problema pe care vor să o rezolve oamenii de știință? Modelul Standard al fizicii particulelor, descrierea de referință a particulelor și forțelor cunoscute, una dintre cele mai reușite idei științifice din toate timpurile, prezice că neutrinii nu ar trebui să aibă nicio masă. Totuși, acest lucru este în contradicție cu ceea ce au observat fizicienii în realitate. Acum aproximativ 30 de ani, oamenii de știință care lucrau la Super-Kamiokande (sau Super-K), un observator de neutrini din Japonia, situat într-o mină la 1.000 metri adâncime, au observat ceva ciudat. În timp ce numărul de neutrini muonici care soseau la detectorii săi de sus (formați prin coliziunea razelor cosmice de înaltă energie cu atomii din atmosfera superioară a Pământului) era în conformitate cu predicțiile, numărul de neutrini care veneau de jos (formați prin aceleași procese în atmosferă de cealaltă parte a planetei și apoi călătorind prin miezul Pământului) era prea mic. Aceste observații i-au condus pe oamenii de știință la concluzia că neutrinii trebuie să se transforme dintr-o formă (stare de masă) în alta pe măsură ce călătoresc prin spațiu. Dar o astfel de „oscilație” a stărilor, după cum o numesc fizicienii, ar fi posibilă doar dacă neutrinii ar avea masă. O înțelegere mai profundă a maselor neutrinilor este esențială pentru un Model Standard îmbunătățit. Prin urmare, unul dintre obiectivele JUNO va fi acela de a stabili care neutrino este cel mai greu și care este cel mai ușor. Sarcina aparatelor din programul JUNO va fi de a număra neutrinii care sosesc de la cele doua centrale nucleare, fiecare situată la 53 km de observator. Cu aproximativ 700 de metri de munte de granit deasupra, detectorul este bine izolat împotriva razelor cosmice, particule încărcate din spațiu, extrem de pline de energie, care altfel ar putea interfera cu măsurătorile sale primare. Oamenii de știință știu câți neutrini de un anumit tip sunt produși la centralele nucleare. Cei care ajung la JUNO reprezintă, prin urmare, fracțiunea care nu și-a schimbat forma pe parcurs. Aceasta va oferi o măsură a frecvenței la care are loc oscilația. Valoarea aceasta depinde de masele diferite ale fiecăreia dintre cele trei categorii de neutrini. Wang Yifang, cercetătorul principal al observatorului și directorul Institutului de Fizică a Energiilor Înalte din cadrul Academiei Chineze de Științe, estimează că procedura va dura aproximativ șase ani.
(sursa imaginii: www.space.com/where-did-all-the-antimatter-go.html)
De ce este important? În primul rând, de rezultatele proiectului JUNO și de perfecționarea Modelului Standard este legată soluționarea unui mister fundamental al structurii Universului. Modelul Standard afirmă că toate particulele au echivalente de antimaterie, care au masă identică, dar sarcină electrică opusă. Unele particule, cum ar fi fotonul, sunt propriile lor antiparticule. Ele poarta numele de ‘particule Majorana’, după numele savantului italian Ettore Majorana, care a emis ipoteza existenței lor în 1937. Un grup de propuneri de extindere a modelului sugerează că acesta ar putea fi cazul și pentru neutrini. Pentru a testa dacă neutrinii și antineutrinii sunt într-adevăr identici, fizicienii trebuie să studieze izotopii radioactivi ai unor elemente precum calciul și germaniul. Uneori, aceste elemente vor emite doi electroni și doi antineutrini atunci când suferă o dezintegrare radioactivă. Dacă neutrinii sunt într-adevăr propriile lor antiparticule, atunci oamenii de știință ar trebui, foarte rar, să observe o versiune a acestui proces în care nu se emit deloc antineutrini. Există teorii încă neverificate experimental despre așa-numitul „mecanism de balansoar”, în care neutrinii ar putea avea mase minuscule dacă ar fi conectați și la alți neutrini, încă nedetectați, cu mase mult mai mari. Neutrinii mai grei ar putea fi chiar candidați pentru structura materiei întunecate, un alt fenomen fizic misterios care până acum nu a putut fi observat ci doar dedus prin efectul său asupra mediului înconjurător. De asemenea, cercetători asociați proiectului JUNO vor caută neutrini în stelele care explodează, cunoscute sub numele de supernove. Deoarece neutrinii trec prin materie într-un mod în care lumina nu o poate face, aceștia pot părăsi acele stele și pot ajunge pe Pământ înainte ca explozia propriu-zisă să devină vizibilă. Detectarea lor le va oferi astronomilor un răgaz pentru a-și orienta corect telescoapele, astfel încât să poată apoi observa exploziile în acțiune și, astfel, valida teoriile cosmogonice sau descoperi noi informații legate de istoria Universului. Mai aproape de noi este utilizarea neutrinilor că sonde. JUNO vă căuta, de exemplu, neutrini din adâncurile Pământului, ceea ce va oferi informații despre distribuția elementelor radioactive în manta și scoarță. Ținând cont că limitele resurselor materiale și energetice ale omenirii vor fi foarte curând atinse, o astfel de metodologie ar putea deveni esențială progresului tehnologic și economic.
(sursa imaginii: https://juno.mi.infn.it/the-juno-experiment/)
Cu reactorul JUNO, China a construit cel mai mare reactor de acest fel din lume și și-a asumat rolul de lider al programelor științifice asociate. În prezent, este un proiect sponsorizat de Institutul de Fizică a Energiilor Înalte al Academiei Chineze de Științe. JUNO este conceput pentru o durată de viață științifică de până la 30 de ani, cu o cale credibilă de modernizare către o cercetare de vârf la nivel mondial a dezintegrării duble beta fără neutrini. O astfel de modernizare ar investiga scara absolută a masei neutrinilor și ar testa dacă neutrinii sunt particule Majorana, abordând întrebări fundamentale care acoperă fizica particulelor, astrofizica și cosmologia și modelând profund înțelegerea noastră asupra Universului. Mai avem de așteptat doar câteva decenii.
Articolul a fost publicat inițial în revista de cultură ‘Literatura de Azi’