A neutrínók talán a leginkább rejtélyesek az ismert részecskék közül. Egyszerűen megsértik az ismert szabályokat, hogy a részecskék hogyan viselkedjenek. Kiabálják a díszes detektorunkat. Mint a kozmikus macskák, aggódás vagy gond nélkül trapéznek az egész világegyetemben, alkalmanként kölcsönhatásba lépve velünk, de valójában csak akkor, amikor úgy érzik, ami őszintén szólva nem olyan gyakran.
A leginkább bosszantó maszkot viselnek, és soha nem néznek ki ugyanúgy kétszer.
De egy új kísérlet csak egy lépéssel közelebb hozhatott minket az álarcok letépéséhez. A valódi neutrinó azonosság feltárása segíthetne a régóta felmerülő kérdések megválaszolásában, például az, hogy a neutrinók saját antianyag-partnereik-e, és segíthet a természet hatalmának egyesítésében is egy koherens elméletben.
Hatalmas probléma
A neutronok furcsa. Három fajta létezik: az elektronneutrino, a muonneutrinó és a tau-neutrinó. (Vannak e három részecskeellenes verziója is, de ez nem nagy része a történetnek.) Ezeket azért nevezték el, mert ezek a három fajta parti három különféle részecskével megy partra. Az elektronneutrinók az elektronokat érintő kölcsönhatásokhoz kapcsolódnak. A Muon neutrinók párosulnak a Muonokkal. Nem értünk pontot azért, hogy kitaláljuk, mi a kölcsönhatás a tau neutrinóval.
Eddig ez egyáltalán nem furcsa. Itt jön a furcsa rész.
Azok a részecskék, amelyek vannak nem neutrinók - például elektronok, muonok és tau-részecskék - amit lát, azt kapod. Ezek a részecskék mind tömegük kivételével pontosan azonosak. Ha észrevesz egy részecskét egy elektron tömegével, akkor pontosan úgy viselkedik, mint egy elektronnak, ugyanaz vonatkozik a muonra és a tau-ra. Sőt, ha egyszer észlel egy elektronot, az mindig elektron lesz. Se több, se kevesebb. Ugyanaz a muon és a tau.
Ugyanez nem vonatkozik az unokatestvéreikre, az elektronra, a muonra és a tau neutrinókra.
Amit például úgy hívunk, hogy "tau neutrino", nem mindig a tau neutrino. Megváltoztathatja identitását. Középpályán válhat elektron vagy muon neutrínóvá.
Ezt a furcsa jelenséget, amelyre alapvetően senki sem számított, neutrino rezgésnek hívják. Ez többek között azt jelenti, hogy elkészíthet egy elektronneutrinót, és ajándékként átadhatja a legjobb barátjának. De amíg megszerezik, csalódhatnak lehetnek, ha ehelyett tau-neutrino-t találnak.
Libikóka
Technikai okokból a neutrínó rezgés csak akkor működik, ha három neutrínó található három különböző tömeggel. De az oszcilláló neutrinók nem elektron-, muon- és tau-ízű neutrinók.
Ehelyett három "igaz" neutrinó létezik, mindegyik eltérő, de ismeretlen tömegű. Ezeknek az igaz, alapvető neutrinóknak a különféle keverékei mindegyik neutrino-ízét előállítják, amelyeket laboratóriumunkban kimutatunk (elektron, muon, tau). Tehát a laboratóriumban mért tömeg a valódi neutrino tömegek valamilyen keveréke. Eközben a keverékben szereplő valódi neutrinók tömege határozza meg, hogy milyen gyakran válik bele az egyes különféle ízekbe.
A fizikusok feladata most az összes kapcsolat szétbontása: Mi az a valódi neutrinó tömege és hogyan keverik össze ezeket a három ízt?
Tehát a fizikusok vadászatot folytatnak, hogy felfedjék a "valódi" neutrinók tömegeit azzal, hogy megvizsgálják, mikor és milyen gyakran cserélik át az ízeket. A fizikai zsargon ismét nagyon haszontalan ennek magyarázatához, mivel e három neutrinó neve egyszerűen m1, m2 és m3.
Számos fájdalmas kísérlet megtanította a tudósoknak néhány dolgot a valódi neutrinók tömegéről, legalábbis közvetetten. Például tudunk a tömegek négyzete közötti kapcsolatokról. De nem tudjuk pontosan, hogy a valódi neutrinók mennyit súlya, és nem tudjuk, melyik a nehezebb.
Lehet, hogy a m3 a legnehezebb, messze meghaladja a m2 és m1 értéket. Ezt "normál rendelésnek" hívják, mert elég normálisnak tűnik - és ez a rendelési fizikusok, akiket évtizedekkel ezelőtt alapvetően kitaláltak. A jelenlegi tudásunk szerint az is előfordulhat, hogy a m2 a legnehezebb neutrínó, m1-rel nem messze, a m3-vel pedig összehasonlítva. Ezt a forgatókönyvet "fordított megrendelésnek" nevezzük, mert azt jelenti, hogy eredetileg helytelen sorrendet sejtettünk fel.
Természetesen vannak teoretikusok táborjai, amelyek e forgatókönyvek mindegyikének valóra váltak. Azok az elméletek, amelyek megkísérelik egyesíteni a természet erőinek (vagy legalábbis a legtöbb) egyetlen tető alatt történő elrendezését, általában normál neutrino-tömeg rendezést igényelnek. Másrészt fordított tömeg sorrendre van szükség ahhoz, hogy a neutrinó saját részecskeellenes ikre legyen. És ha ez igaz volt, ez segíthet megmagyarázni, hogy miért van az anyagban több, mint az antianyag az univerzumban.
DeepCore edzés
Melyik ez: normál vagy fordított? Ez az egyik legnagyobb kérdés, amelyet fel lehet vetni az elmúlt néhány évtized neutrino kutatás során, és pontosan ez a kérdés, amelyet a hatalmas IceCube Neutrino Obszervatórium megválaszolására terveztek. A déli póluson található obszervatórium tucatnyi detektorcsíkból áll, amelyek az Antarktiszi jéglapba süllyedtek, és egy központi "DeepCore" nyolc sorozat hatékonyabb detektorokból áll, amelyek képesek látni az alacsonyabb energiájú kölcsönhatásokat.
A neutronok alig beszélnek a normál anyaggal, tehát tökéletesen képesek egyenesen a Föld testén átjutni. És amint ezt megteszik, belemerülnek a különféle ízekbe. Ritkán egy-egy molekulát sztrájkolnak az Antarktiszi jéglapról az IceCube detektor közelében, és lépcsőzetes zuhanyt indítanak olyan részecskékből, amelyek meglepően kék fényt bocsátanak ki, amelyet Cherenkov sugárzásnak hívnak. Ezt a fényt észleli az IceCube karakterlánca.
Az arXiv előnyomtató folyóiratban egy nemrégiben megjelent cikkben az IceCube tudósai három év DeepCore adatait használták fel annak mérésére, hogy az egyes neutrínók közül hányan haladtak át a Földön. A haladás természetesen lassú, mert a neutrinókat annyira nehéz elkapni. De ebben a munkában. a tudósok szerint az adatok kissé kedvelik a normál rendelést (ami azt jelentené, hogy már évtizedekkel ezelőtt kitaláltuk). De még nem találtak semmi túl meggyőzőt.
Mindent megkapunk? Biztosan nem. Az IceCube hamarosan felkészül a jelentős frissítésre, és új kísérletek, például a Precision IceCube Next Generation Upgrade (PINGU) és a Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) készül ezen központi kérdés megoldására is. Ki tudta, hogy egy ilyen egyszerű kérdés a neutrino tömegek rendezésével kapcsolatban felfedi az univerzum működésének sok részét? Kár, ez szintén nem könnyű kérdés.
Paul M. Sutter asztrofizikus a Az Ohio Állami Egyetem, a "Kérdezz egy űrhajóstól" és "Space Radio, "és a"Helyed az univerzumban."
