Неутрино са може би най-недооценените частици, известни на човечеството. Физикът, умен човек и умен алек Волфганг Паули за първи път предложи съществуването им през 1930 г. като липсващо парче пъзел - някои ядрени реакции настъпват повече, отколкото излизат. Паули разсъждаваше, че трябва да се включи нещо мъничко и невидимо - следователно неутрино, което е италиански за „малко неутрално“.
През десетилетията след първоначалното предложение ние опознахме и обичаме - но не напълно разбираме - тези малки неутрални хора. Те имат малко маса, но не сме сигурни колко. И те могат да преобразуват от един вид неутрино (наречен "аромат", защото защо не?) В друг, но не сме сигурни как.
Всеки път, когато физиците не разбират нещо, те наистина се вълнуват, защото по дефиниция отговорът на загадката трябва да се крие извън известната физика. Така мистерията на неутрино масата и смесването може да ни даде следи за такива мистерии като най-ранните моменти от Големия взрив.
Един малък проблем: дребността. Неутрино са мънички и почти никога не говорят с нормална материя. Трилиони върху трилиони в момента минават през тялото ви. Забелязвате ли ги? Не, не го правите. За да се разровим наистина в неутрино свойствата, трябва да станем големи и три нови експеримента с неутрино скоро идват онлайн, за да ни справят с нещата. Надяваме се.
Нека проучим:
ДЮН
Може би сте чували вълнението от римейка на класическия научнофантастичен роман „Дюна“. Това не е. Вместо това, това DUNE представлява „Дълбокият подземен експеримент за неутрино“, който се състои от две части. Първа част ще бъде във Fermilab, Илинойс, и ще включва гигантски злото-гениален неутрино пистолет, който ще ускорява протоните до скоростта на светлината, ще ги разбива в нещата и ще изстрелва трилиони неутрино в секунда от бизнеса.
Оттам неутрино ще пътуват по права линия (защото това е всичко, което знаят как да правят), докато ударят част втора, на около 800 мили (1300 километра) разстояние в подземния изследователски институт в Санфорд в Южна Дакота. Защо под земята? Тъй като неутрино пътуват по права линия (отново няма избор), но Земята е извита, така че детекторът трябва да седи на около миля (1.6 км) под повърхността. И този детектор е около 40 000 тона (36 000 метрични тона) течен аргон.
Hyper-Kamiokande
Предшественикът на скоро предстоящия Hyper-Kamiokande ("Hyper-K", ако искате да сте готини по време на физическите партита) беше умело наречен Super-Kamiokande ("Super-K" по същите причини), разположен близо до Хида , Япония. Това е доста проста настройка и за двата инструмента: гигантски резервоар с ултрачиста вода, заобиколен от тръби за фотоумножители, които усилват много слаби светлинни сигнали.
Всеки път в изключително рядко време неутрино се удря във водна молекула, карайки електрон или позитрон (партньорът на антиматерията на електрона) да избяга по-бързо от скоростта на светлината във вода. Това причинява проблясък на синкава светлина, наречена радиация на Черенков, и тази светлина се поема от тръбите за фотоумножители. Проучете светкавицата, разберете неутрино.
Super-K направи супер-история през 1998 г., когато предостави първите твърди доказателства, че неутрино променят вкуса си, докато летят, въз основа на наблюдения на неутрино, произведени в надлъжните дълбочини на слънчевото ядро. Откритието наби физикът Такааки Кайита с Нобелова награда и Super-K привързано потупване по тръбата за фотоумножител.
Hyper-K е като Super-K, но по-голям. С капацитет от 264 милиона галона (1 милиард литра) вода, той има 20 пъти по-голям обем на събиране на Super-K, което означава, че потенциално може да събере 20 пъти повече от неутрино за едно и също време. Hyper-K ще търси неутрино, произведено от естествени, органични реакции, като синтез и свръхнови, из цялата Вселена, започвайки от около 2025 г. Кой знае? Може да получи някой и Нобелова награда.
PINGU
Не съм сигурен защо физиците избират съкращенията, които правят за гигантски научни експерименти. В този случай Пинг е името на европейски анимиран пингвин, който има различни нещастия и научава важни житейски уроци на южния континент. Тя също така означава "Precision IceCube Next Generation Upgrade" (PINGU).
IceCube част от този акроним се отнася до най-големия, най-лош експеримент с неутрино в света. Базиран на Южния полюс, експериментът се състои от струни детектори, потънали дълбоко в полярния леден лист, които ще използват кристалната яснота на този лед, за да направят същото, което Super- и Hyper-K правят в Япония: откриват радиацията на Черенков произведени от неутрино, пробиващи се през леда. Експериментът наистина започна преди няколко години, но вече учените, които го провеждат, сърбят за надграждане.
Ето защо. IceCube може да е голям, но това не означава, че е най-добрият на всички неща. Той има сляпо петно: Поради огромните си размери (цял кубичен километър лед), той трудно вижда невитрино с ниска енергия; те просто не правят достатъчно поп и физми, за да бъдат видени от детекторите на IceCube.
Влезте в PINGU: куп допълнителни детектори, разположени в близост до центъра на IceCube, специално проектирани да улавят неутрино с по-ниска енергия, които удрят Земята.
Когато той (надяваме се) дойде онлайн, PINGU ще се присъедини към армията от инструменти и детектори по целия свят, които се опитват да уловят колкото се може повече от тези призрачни малки почти незабележими и да отключат тайните им.
