Každú sekundu každého dňa vás bombardujú bilióny na bilióny subatomárnych častíc, ktoré sa sprchujú z hĺbky vesmíru. Fúkajú cez vás s kozmickým hurikánom, ktorý vrhá takmer rýchlosťou svetla. Prichádzajú z celej oblohy, vo všetkých denných aj nočných hodinách. Prenikajú do zemského magnetického poľa a do našej ochrannej atmosféry ako toľko masla.
A predsa vlasy na temene hlavy nie sú ani zvlnené.
Čo sa deje?
Trochu neutrálny
Tieto malé guľky sa nazývajú neutrína, čo je termín, ktorý v roku 1934 vytvoril geniálny fyzik Enrico Fermi. Slovo je vágne talianske pre „málo neutrálne“ a ich existencia bola považovaná za hypotézu vysvetliť veľmi zvláštnu jadrovú reakciu.
Niekedy sa prvky cítia trochu ... nestabilné. A ak zostanú príliš dlho na pokoji, rozpadnú sa a premenia sa na niečo iné, na pravidelnom stole niečo trochu ľahšie. Okrem toho by sa objavil malý elektrón. V dvadsiatych rokoch 20. storočia však pozorné a podrobné pozorovania týchto rozpadov zistili nepatrné, otupujúce nezrovnalosti. Celková energia na začiatku procesu bola o niečo väčšia ako energia vychádzajúca. Matematika sa sčítavala. Zvláštny.
Niekoľko fyzikov vymyslelo úplne novú časticu z celej látky. Niečo na odstránenie chýbajúcej energie. Niečo malé, niečo ľahké, niečo zadarmo. Niečo, čo by mohlo vkĺznuť cez ich detektory, si nevšimlo.
Trochu neutrálny. Neutríno.
Potvrdenie ich existencie trvalo ďalších pár desaťročí - tak sú klzké, drzé a záludné. V roku 1956 sa však neutrína pripojili k rastúcej rodine známych, meraných a potvrdených častíc.
A potom sa veci stali divnými.
Obľúbená aróma
Problémy sa začali variť objavením miónu, ktorý sa náhodou objavil v rovnakom čase, keď sa myšlienka neutrína začala rozširovať: 30. roky. Mion je takmer presne ako elektrón. Rovnaký poplatok. Rovnaké roztočenie. Je to však jedno zásadným spôsobom: je to ťažšie, viac ako 200-krát hmotnejšie ako jeho súrodenec, elektrón.
Mióny sa zúčastňujú na svojich konkrétnych reakciách, ale nemajú tendenciu trvať dlho. Kvôli ich pôsobivému objemu sú veľmi nestabilné a rýchlo sa rozpadajú na sprchy menších bitov („rýchlo“ tu znamená v priebehu mikrosekundy alebo dvoch).
To je všetko v poriadku a dobré, tak prečo sa mióny vyskytujú v neutrínovom príbehu?
Fyzici si všimli, že reakcie rozkladu, ktoré naznačujú existenciu neutrína, mali vždy elektrónový vyskakovací otvor a nikdy mión. V iných reakciách by mióny vyskočili a nie elektróny. Aby vysvetlili tieto zistenia, zdôvodnili, že neutrína sa pri týchto rozpadových reakciách vždy zhodovali s elektrónmi (a nie s akýmkoľvek iným druhom neutrína), zatiaľ čo elektrón musí sa mión spárovať s doteraz neobjaveným typom neutrína ... Koniec koncov, elektrón - priateľské neutrino by nebolo schopné vysvetliť pozorovania z miónových udalostí.
A tak lov pokračoval. A ďalej. A ďalej. Až do roku 1962 fyzici konečne dostali zámok na druhý druh neutrína. Pôvodne sa to dalo nazývať „neutretto“, ale so schémou nazývania muón-neutrino prevládali racionálnejšie hlavy, pretože v reakciách s muónom sa vždy spárovalo.
Cesta Tao
Dobre, tak dvaja potvrdení neutrína. Mala pre nás príroda viac? V roku 1975 vedci v Stanfordovom lineárnom akcelerátorovom stredisku statočne prepadli horami monotónnych údajov, aby odhalili existenciu ešte ťažšieho súrodenca svižnému elektrónu a statnému muónu: mohutný tau, ktorý sleduje neuveriteľných 3 500-násobok hmotnosti elektrónu , To je veľká častica!
Okamžite sa stala otázka: Ak existuje rodina troch častíc, elektrón, mión a tau ... mohlo by existovať tretie neutrino, ktoré by sa spojilo s týmto novoobjaveným stvorením?
Možno možno nie. Možno existujú iba dve neutrína. Možno sú štyri. Možno 17. Príroda presne nesplnila naše očakávania skôr, takže nie je dôvod začať hneď teraz.
V priebehu desaťročí sa fyzici preskakovali množstvom príšerných detailov a presvedčili sa, že využívajú rôzne experimenty a pozorovania, ktoré by malo existovať tretie neutríno. Ale až na konci tisícročia, v roku 2000, sa konečne dostal špecificky navrhnutý experiment vo Fermilabe (nazývaný humorne experiment DONUT pre priame pozorovanie NU Tau a nie, to si nevymyslím). dostatok potvrdených pozorovaní, aby bolo možné oprávnene požadovať detekciu.
Prenasleduje duchov
Prečo sa tak veľmi zaujímame o neutrína? Prečo sme ich prenasledovali viac ako 70 rokov, od obdobia pred druhou svetovou vojnou po modernú dobu? Prečo boli tieto malé, neutrálne generácie vedcov tak fascinované?
Dôvod je ten, že neutrína naďalej žijú mimo našich očakávaní. Dlho sme si neboli istí, či existujú. Po dlhú dobu sme boli presvedčení, že sú úplne bezhmotní, až kým experimenty nepríjemne zistili, že musia mať masu. Presne „koľko“ zostáva moderným problémom. A neutrína majú počas cestovania tento nepríjemný zvyk meniť charakter. To je pravda, pretože neutrino cestuje za letu, môže prepínať masky medzi tromi príchuťami.
Tam môže byť ešte ďalšie neutrino, ktoré sa nezúčastňuje na žiadnych obvyklých interakciách - niečo známe ako sterilné neutrino, ktoré fyzici hladovo lovia.
Inými slovami, neutrína neustále napádajú všetko, čo vieme o fyzike. A ak potrebujeme jednu vec, tak v minulosti, ako aj v budúcnosti, je to dobrá výzva.
Paul M. Sutter je astrofyzik na Štátna univerzita v Ohiu, hostiteľ Spýtajte sa Spaceman a Vesmírne rádioa autor knihy Vaše miesto vo vesmíre.
