În fiecare secundă din fiecare zi, sunteți bombardați de trilioane de trilioane de particule subatomice, dând jos din adâncurile spațiului. Vor prin tine cu puterea unui uragan cosmic, izbucnind în aproape viteza luminii. Ei vin din tot cerul, în orice moment al zilei și al nopții. Acestea pătrund în câmpul magnetic al Pământului și în atmosfera noastră protectoare, ca atât de mult unt.
Și totuși, părul din vârful capului nu este nici măcar rupt.
Ce se întâmplă?
Puțin neutru
Aceste mici gloanțe sunt numite neutrine, termen creat în 1934 de genialul fizician Enrico Fermi. Cuvântul este vag italian pentru „puțin neutru”, iar existența lor a fost ipotezată pentru a explica o reacție nucleară foarte curioasă.
Uneori, elementele se simt puțin ... instabile. Și dacă sunt lăsați prea mult timp singuri, se destramă și se transformă în altceva, ceva mai ușor pe tabelul periodic. În plus, un mic electron va apărea. Dar în anii 1920, observații minuțioase și detaliate ale acelor decăderi au constatat discrepanțe minuscule. Energia totală la începutul procesului a fost un pic mai mare decât energia care iese. Matematica nu s-a adăugat. Ciudat.
Așadar, câțiva fizicieni au conchis o particulă complet nouă din pânză întreagă. Ceva care să ducă energia lipsă. Ceva mic, ceva ușor, ceva fără taxe. Ceva care ar putea aluneca neobservat prin detectoarele lor.
Puțin, neutru. Un neutrino.
Au fost nevoie de alte două decenii pentru a-și confirma existența - așa sunt alunecosul și vicleanul și furișul. În 1956, neutrinii s-au alăturat familiei în creștere de particule cunoscute, măsurate, confirmate.
Și atunci lucrurile au devenit ciudate.
Aroma preferată
Problema a început să se producă odată cu descoperirea muonului, care a apărut întâmplător cam în același timp în care ideea de neutrino începe să câștige teren: anii '30. Muonul este aproape exact ca un electron. Aceeași taxă. Aceeași rotire. Dar este diferit într-un mod crucial: este mai greu, de peste 200 de ori mai masiv decât fratele său, electronul.
Mulți participă la propriile lor reacții particulare, dar nu tind să dureze mult timp. Datorită volumului lor impresionant, sunt foarte instabili și se descompun rapid în dușuri cu biți mai mici („rapid” înseamnă aici într-un microsecund sau două).
Asta e bine și bine, de ce muoane figurează în povestea neutrino?
Fizicienii au observat că reacțiile de descompunere care sugerează existența neutrinului au avut întotdeauna un pop-ul de electroni și niciodată un muon. În alte reacții, muii vor apărea și nu electronii. Pentru a explica aceste descoperiri, aceștia au motivat că neutrinii se potrivesc întotdeauna cu electronii în aceste reacții de descompunere (și nu cu orice alt tip de neutrino), în timp ce electronul, muonul trebuie să se asocieze cu un tip de neutrino încă nedescoperit ... Până la urmă, electronul - neutrino prietenos nu ar putea explica observațiile din evenimentele muon.
Și așa a continuat vânătoarea. Și pe. Și pe. Abia în 1962, fizicienii au obținut în cele din urmă un blocaj pe cel de-al doilea tip de neutrino. Inițial a fost supranumit „neutretul”, dar capetele mai raționale au predominat cu schema de a-l numi muon-neutrino, întrucât s-a împerecheat întotdeauna în reacții cu muonul.
Calea Tao-ului
Bine, deci doi neutrini confirmați. Avea mai mult natura la dispoziție pentru noi? În 1975, cercetătorii de la Centrul de accelerare liniară Stanford au cernut cu viteză munții de date monotone pentru a dezvălui existența unui frate și mai greu la electronul nimerit și la muonul greoi: tau hulking, care privește de peste 3.500 de ori masa electronului. . Aceasta este o particulă mare!
Așa că imediat a devenit întrebarea: Dacă există o familie de trei particule, electronul, muonul și tau-ul ... ar putea exista un al treilea neutrin, care să se asocieze cu această creatură nouă?
Poate ca da, poate ca nu. Poate sunt doar cei doi neutrini. Poate sunt patru. Poate 17. Natura nu ne-a îndeplinit exact așteptările înainte, deci niciun motiv pentru a începe acum.
Trecând peste multe detalii groaznice, de-a lungul deceniilor, fizicienii s-au convins folosind o varietate de experimente și observații că un al treilea neutrin ar trebui să existe. Însă abia în anul 2000, un experiment conceput special la Fermilab (numit cu umor experimentul DONUT, pentru observarea directă a NU Tau, și nu, nu fac asta) în cele din urmă destule observații confirmate pentru a solicita pe bună dreptate o detectare.
Alungarea fantomelor
Deci, de ce ne pasă atât de mult de neutrini? De ce i-am alungat de peste 70 de ani, încă din timpul celui de-al Doilea Război Mondial, până în epoca modernă? De ce generațiile de oameni de știință au fost atât de fascinați de acești mici, neutri?
Motivul este că neutrinii continuă să trăiască în afara așteptărilor noastre. Multă vreme, nici nu eram siguri că există. Multă vreme, am fost convinși că sunt complet fără masă, până când experimentele au descoperit enervant că trebuie să aibă masă. Exact „cât de mult” rămâne o problemă modernă. Și neutrinii au acest obicei enervant de a schimba caracterul în timp ce călătoresc. Așa este, întrucât un neutrino călătorește în zbor, poate schimba măștile printre cele trei arome.
S-ar putea să existe încă un neutrin suplimentar care să nu participe la interacțiuni obișnuite - ceva cunoscut sub numele de neutrino steril, pe care fizicienii îl caută înfometat.
Cu alte cuvinte, neutrinii contestă continuu tot ceea ce știm despre fizică. Și dacă există un lucru de care avem nevoie, atât în trecut, cât și în viitor, este o provocare bună.
Paul M. Sutter este astrofizician la Universitatea de Stat din Ohio, gazda Întrebați un Spaceman și Radio spațială, și autorul Locul tău în Univers.
