Minden nap minden egyes másodpercében milliárdok bombáznak téged, amikor egymillió milliárd szubatomi részecske robbant fel az űr mélyéből. Átfújnak téged egy kozmikus hurrikán erejével, majdnem a fénysebességgel robbantanak fel. Az égbolt minden részéről érkeznek, a nap és az éjszaka bármikor. Behatolnak a Föld mágneses mezőjébe és a védő légkörünkbe, mint annyi vaj.
És mégis, a feje tetején a haj még nem fodrosodik.
Mi történik?
Kicsi semleges
Ezeket az apró golyókat neutrínóknak hívják, ezt a kifejezést Enbrico Fermi ragyogó fizikus 1934-ben fogalmazta meg. A szó homályosan olaszul szólt a "kicsi semleges" kifejezésre, és létezésüket feltételezték egy nagyon kíváncsi nukleáris reakció magyarázatára.
Az elemek néha kissé… instabilnak érzik magukat. És ha túl sokáig maradnak egyedül, szétesnek, és átalakítják magukat valami másmá, valami kissé könnyebbé a periódustáblán. Ezenkívül egy kis elektron kiugrik. De az 1920-as években ezeknek a hanyatlásoknak a gondos és részletes megfigyelései apró, niggíró eltéréseket találtak. A teljes energia a folyamat kezdetén egy kicsit nagyobb volt, mint a kiáramló energia. A matematika nem jött össze. Páratlan.
Tehát néhány fizikus vadonatúj részecskét készített az egész ruhából. Valami, ami elveszi a hiányzó energiát. Valami kicsi, valami könnyű, valami díjmentesen. Valami, ami észrevétlenül átcsúszhat az detektorokon.
Egy kicsit, semleges. Egy neutrinó.
További néhány évtizedbe telt, hogy meggyőződjék létezésükről - ilyen csúszósak, kedves és alattomosak. De 1956-ban a neutrinók csatlakoztak az ismert, mért, megerősített részecskék növekvő családjához.
És akkor a dolgok furcsa lettek.
Kedvenc íz
A probléma a muon felfedezésével kezdődött, amely véletlenszerűen történt körülbelül ugyanabban az időben, amikor a neutrino-ötlet kezdett kialakulni: az 1930-as évek. A muon szinte pontosan olyan, mint egy elektron. Ugyanaz a töltés. Ugyanaz a centrifugálás. De ez egy döntő módon különbözik: Nehezebb, több mint 200-szor tömegebb, mint a testvére, az elektron.
A holdak részt vesznek a sajátos reakcióikban, de általában nem tartanak sokáig. Lenyűgöző nagyságrendjük miatt nagyon instabilok és gyorsan kisebb bitekre zuhannak (itt "gyors" egy vagy második mikrosekundum alatt jelentik).
Mindez jó és jó, miért szerepelnek a muonok a neutrino történetben?
A fizikusok észrevették, hogy a neutrinó létezését sugalló bomlási reakciókban mindig egy elektron jelenik meg, soha nem muon. Más reakciók során a muonok bukkannának ki, és nem az elektronok. Ezen eredmények magyarázatát azzal indokolták, hogy a neutrinók ezekben a bomlási reakciókban mindig megfelelnek az elektronoknak (és nem minden egyéb neutrinónak), miközben elektronok, a muonoknak párosulniuk kell egy még nem felfedezett neutrinóval. Végül is az elektron -barát neutrinó nem tudná magyarázni a muon események megfigyeléseit.
És így folytatódott a vadászat. És tovább. És tovább. A fizikusok csak 1962-ben kaptak zárat a második típusú neutrinóra. Eredetileg "neutrettónak" nevezték, de a racionálisabb fejek uralkodtak abban, hogy muon-neutrinónak nevezzék, mivel mindig reakcióba lépett a muonnal.
A tao útja
Oké, tehát két megerősített neutrínó. Vajon a természet többet tartott számunkra? 1975-ben a Stanford Lineáris Gyorsító Központ kutatói bátran átszitálták a monoton adatok hegyeit, hogy felfedjék még a nehezebb elektronnak és a izmos muonnak a még nehezebb testvérét: . Ez egy nagy részecske!
Tehát azonnal a kérdés lett: Ha van egy három részecskecsalád, az elektron, a muon és a tau ... lehet-e harmadik neutrino is, hogy párosuljon ezzel az újfajta lényvel?
Talán igen, talán nem. Talán csak a két neutrinó található. Lehet, hogy négy. Talán 17. A természet korábban nem felel meg pontosan az elvárásainknak, tehát nincs ok indulni most.
Az évtizedek során sok félelmetes részben átugorva a fizikusok különféle kísérletek és megfigyelések segítségével meggyőzték magukat arról, hogy léteznie kell egy harmadik neutrínónak. Csak az ezredforduló végén, 2000-ben, végül eljutott egy kifejezetten a Fermilab-ban kifejlesztett kísérlet (amelyet humorosan DONUT-kísérletnek hívtak, az NU Tau közvetlen megfigyelésére, és nem, ezt nem teszem fel). elegendő megerősített észlelés ahhoz, hogy helyesen állítsák fel az észlelést.
Üldözi a szellemeket
Szóval, miért törődünk annyira a neutrinókkal? Miért üldöztük őket több mint 70 éve, a második világháború előtt a modern korszakba? Miért tudósok generációi olyan lenyűgöztek ezeket a kicsi, semleges embereket?
Ennek oka az, hogy a neutrinók továbbra is a várakozásunkon kívül élnek. Sokáig nem is voltunk abban, hogy léteznek. Hosszú ideig meg voltunk győződve arról, hogy teljesen tömegesek, amíg a kísérletek idegesítő módon felfedezték, hogy tömegüknek kell lennie. Pontosan "mennyi" marad modern probléma. És a neutrinóknak ez a bosszantó szokása megváltoztatni a karaktert utazásuk során. Így van, mivel a neutrinó repülés közben repül, átválthatja a maszkokat a három aroma közül.
Lehet, hogy még van egy további neutrinó is, amely nem vesz részt szokásos interakciókban - ez a steril neutrinó néven ismert, amelyet a fizikusok éhesen vadásznak.
Más szavakkal, a neutrinók folyamatosan kihívást jelentenek mindaznak, amit a fizikáról tudunk. És ha van egy dolog, amire szükségünk van, mind a múltban, mind a jövőben, akkor ez jó kihívás.
Paul M. Sutter asztrofizikus a Az Ohio Állami Egyetem, házigazda Kérdezz egy űrhajóstól és Space Radio, és a Helyed az univerzumban.
