Neutrína sú možno najviac podceňovanými časticami, ktoré ľudstvo pozná. Fyzik, inteligentný chlapík a inteligentný aleck Wolfgang Pauli prvýkrát navrhli svoju existenciu v roku 1930 ako chýbajúcu skladačku - určité jadrové reakcie sa objavili viac, ako vyšli. Pauli zdôvodnil, že je potrebné zapojiť niečo nepatrné a neviditeľné - teda neutríno, ktoré je pre taliansky „neutrálne“ trochu talianske.
Po desaťročiach od tohto počiatočného návrhu sme spoznali a milovali - ale nie úplne - rozumejú - tie malé neutrálne chlapíky. Majú trochu hmoty, ale nie sme si istí, koľko. A môžu premeniť z jedného druhu neutrína (nazývaného „príchuť“, pretože prečo nie?) Na iný, ale nie sme si istí ako.
Kedykoľvek fyzici niečo nerozumejú, sú skutočne nadšení, pretože podľa definície musí byť odpoveď na hádanku mimo známej fyziky. Záhada neutrínovej masy a miešania nám teda môžu poskytnúť vodítka k takým záhadám, ako sú najskoršie okamihy Veľkého tresku.
Jeden malý problém: drobnosť. Neutrína sú malí a takmer nikdy nehovoria o normálnych záležitostiach. Tvoje telo práve teraz prechádza biliónmi za bilióny. Všimli ste si ich? Nie, nie. Na to, aby sme sa skutočne mohli venovať vlastnostiam neutrínu, musíme ísť do veľkých rozmerov a čoskoro prichádzajú online tri nové experimenty s neutrínmi, aby nám pomohli zvládnuť veci. Dúfame.
Pozrime sa:
PIESOČNÁ DUNA
Možno ste už počuli vzrušenie z remake klasického sci-fi románu „Duna“. To nie je ono. Namiesto toho je tento DUNE skratkou pre experiment „Deep Underground Neutrino Experiment“, ktorý pozostáva z dvoch častí. Prvá časť bude vo Fermilabe v štáte Illinois a bude zahŕňať obrovskú zbraň neutrína v štýle zlého génia, ktorá urýchli protóny na rýchlosť blízku rýchlosti svetla, rozbije ich na veci a za sekundu z obchodného konca vystrelí bilióny neutrín.
Odtiaľ sa neutrína budú pohybovať v priamej línii (pretože to je všetko, čo vedia, ako robiť), kým nezasiahnu časť dva, asi 800 kilometrov (1300 km) v podzemnom výskumnom zariadení v Sanforde v Južnej Dakote. Prečo v podzemí? Pretože neutrína cestujú v priamej línii (opäť žiadna možnosť), ale Zem je zakrivená, detektor musí sedieť asi 1,6 km pod povrchom. A tento detektor má asi 40 000 ton (36 000 metrických ton) tekutého argónu.
Hyper-Kamiokande
Predchodcom Hyper-Kamiokande, ktorý bude čoskoro k dispozícii („Hyper-K“, ak chcete byť na fyzických večierkoch chladný), bol vhodne pomenovaný Super-Kamiokande („Super-K“ z rovnakých dôvodov), ktorý sa nachádza neďaleko Hidy. , Japonsko. Je to celkom jednoduché usporiadanie pre oba prístroje: obrovskú nádrž ultračistej vody obklopenú fotonásobičmi, ktoré zosilňujú veľmi slabé svetelné signály.
Neutrino narazí na molekulu vody raz za mimoriadne zriedkavé chvíle, čo spôsobí, že elektrón alebo pozitrón (antihmotový partner elektrónu) odstrelia rýchlejšie ako rýchlosť svetla vo vode. To spôsobuje záblesk namodralého svetla nazývaného Cherenkovove žiarenie a toto svetlo je zachytávané fotonásobičmi. Študujte blesk, porozumieť neutrínu.
Super-K urobil super-históriu v roku 1998, keď poskytol prvý solídny dôkaz, že neutrína menia svoju chuť, keď lietajú, na základe pozorovaní neutrín produkovaných v pekelných hĺbkach jadra slnka. Objav nabitý fyzik Takaaki Kajita získal Nobelovu cenu a super-K milujúci pat na fotonásobičovej trubici.
Hyper-K je ako Super-K, ale väčší. S kapacitou 264 miliónov galónov (1 miliarda litra) vody má 20-násobok zberného objemu Super-K, čo znamená, že môže potenciálne súčasne zbierať 20-násobok počtu neutrín v rovnakom čase, ako môže Super-K. Hyper-K bude hľadať neutrína produkované prírodnými, organickými reakciami, ako napríklad fúzia a supernovy, vo vesmíre, počnúc rokom 2025. Kto vie? Môže to tiež získať Nobelovu cenu.
PINGU
Nie som si úplne istý, prečo si fyzici vybrali skratky, ktoré robia pre obrovské experimenty s prírodou. V tomto prípade je Pingu názvom európskeho animovaného tučniaka, ktorý má rôzne omyly a učí sa dôležité životné lekcie na južnom kontinente. Znamená to aj „Presná aktualizácia IceCube novej generácie“ (PINGU).
Časť IceCube tejto skratky označuje najväčší, najhorší experiment s neutrínmi na svete. Experiment vychádza z južného pólu a pozostáva z reťazcov detektorov zapustených hlboko do ľadovej vrstvy ľadu, ktoré budú používať krištáľovú čírosť tohto ľadu na to isté, čo v Japonsku robia Super- a Hyper-K: detekujte Cherenkovovo žiarenie produkované neutrínami, ktoré prechádzajú ľadom. Experiment sa skutočne začal len pred niekoľkými rokmi, ale vedci, ktorí ho spustili, už teraz túžia po aktualizácii.
Tu je dôvod. IceCube môže byť veľká, ale to neznamená, že je to vôbec najlepšie. Má slepé miesto: Kvôli svojej obrovskej veľkosti (celý kubický kilometer ľadu) má ťažké vidieť nízkoenergetické neutrína; jednoducho nevytvárajú dostatok popu a šumu, aby ich mohli vidieť detektory IceCube.
Vstúpte do PINGU: banda ďalších detektorov umiestnených blízko stredu IceCube, špeciálne navrhnutých na zachytenie neutrín s nízkou energiou, ktoré zasiahnu Zem.
Keď bude (dúfajme) online, pripojí sa PINGU k armáde nástrojov a detektorov na celom svete, ktoré sa snažia zachytiť čo najviac z týchto strašidelných takmer ničoho a odomknúť ich tajomstvá.
