Всяка секунда на всеки един ден, вие сте бомбардирани от трилиони върху трилиони субатомни частици, изсипвайки се от дълбините на космоса. Те духат през вас със силата на космически ураган, взривяващ с почти скоростта на светлината. Те идват от цялото небе, по всяко време на деня и нощта. Те проникват в магнитното поле на Земята и в защитната ни атмосфера като толкова много масло.
И все пак, косата на върха на главата ви дори не е разрошена.
Какво става?
Малко неутрално
Тези малки малки куршуми се наричат неутрино, термин, въведен през 1934 г. от блестящия физик Енрико Ферми. Думата е смътно италианска за „малко неутрален“ и съществуването им беше хипотезирано, за да обясни една много любопитна ядрена реакция.
Понякога елементите се чувстват малко… нестабилни. И ако останат сами прекалено дълго, те се разпадат и се превръщат в нещо друго, нещо малко по-леко на периодичната таблица. Освен това ще изскочи малко електрон. Но през 20-те години внимателни и подробни наблюдения на тези разложения откриват малки, неглижиращи несъответствия. Общата енергия в началото на процеса беше малко по-голяма от енергията, която излиза. Математиката не се сумира. Од.
И така, няколко физици приготвят чисто нова частица от цял плат. Нещо, което да отнесе липсващата енергия. Нещо малко, нещо леко, нещо без такса. Нещо, което може да се промъкне незабелязано през техните детектори.
Малка, неутрална. А неутрино.
Отнеха още няколко десетилетия, за да потвърдят съществуването си - така са хлъзгави и хитри и подъл. Но през 1956 г. неутрино се присъединява към нарастващото семейство от известни, измерени, потвърдени частици.
И тогава нещата станаха странни.
Любим аромат
Проблемът започна да се разраства с откриването на мюона, което случайно се случи приблизително по същото време, когато идеята за неутрино започва да се развива: 30-те години. Мюонът е почти точно като електрон. Същата такса. Същото въртене. Но по различен начин е различно: по-тежък е, над 200 пъти по-масивен от своя брат, електрон.
Мюоните участват в свои собствени специфични реакции, но не са склонни да продължат дълго. Поради впечатляващата си обем, те са много нестабилни и бързо се разпадат в душове с по-малки битове ("бързо" тук означава в рамките на микросекунда или две).
Това е всичко добре и добре, така че защо мюоните влизат в историята на неутрино?
Физиците забелязали, че реакциите на гниене, които предполагат съществуването на неутрино, винаги изпускат електрон и никога не муон. При други реакции ще изскочат мюони, а не електрони. За да обяснят тези открития, те аргументират, че неутрино винаги се съчетават с електрони в тези реакции на разпад (а не с какъвто и да е друг вид неутрино), докато електронът, муонът трябва да се сдвоява с все още неоткрития тип неутрино ... В крайна сметка електронът - приятелско неутрино няма да може да обясни наблюденията от събитията на мюона.
И така ловът продължи. И на. И на. Едва през 1962 г. физиците най-накрая получили блокировка на втория вид неутрино. Първоначално беше наречен „неутрето“, но по-рационалните глави преобладаваха със схемата да го наричат муон-неутрино, тъй като винаги се сдвояваше в реакции с муона.
Пътят на Дао
Добре, значи двама потвърдени неутрино. Природата имаше ли повече за нас? През 1975 г. изследователи от Станфордския линеен ускорител център смело пресяват планини с монотонни данни, за да разкрият съществуването на още по-тежък роднина на пъргавия електрон и здравия мюон: олющаващата тау, прибираща се в огромните 3 500 пъти по-голяма от масата на електрона , Това е голяма частица!
Така че веднага възникна въпросът: Ако има семейство от три частици, електрон, мюон и тау… може ли да има трето неутрино, което да се сдвои с това новооткрито създание?
Може би, може би не. Може би има само двата неутрино. Може би са четири. Може би 17. Природата не е изпълнила точно нашите очаквания преди, така че няма причина да започваме сега.
Прескачайки над много ужасни подробности, през десетилетията физиците се убедиха да използват различни експерименти и наблюдения, че трябва да съществува трето неутрино. Но едва през края на хилядолетието, през 2000 г., специално разработен експеримент във Фермилаб (наречен хумористично експеримента DONUT, за Директно наблюдение на NU Tau, и не, не го измислям) накрая се получи достатъчно потвърдени гледни точки, за да претендират правилно за откриване.
Преследване на призраци
И така, защо толкова се интересуваме от неутрино? Защо ги гоним повече от 70 години, от преди Втората световна война до модерната епоха? Защо поколения учени са били толкова очаровани от тези малки, неутрални?
Причината е, че неутрино продължават да живеят извън нашите очаквания. Дълго време дори не бяхме сигурни, че съществуват. Дълго време бяхме убедени, че те са напълно безлични, докато експериментите досадно не откриха, че те трябва да имат маса. Точно „колко“ остава модерен проблем. И неутрино имат този досаден навик да променят характера си, докато пътуват. Точно така, тъй като неутрино пътува в полет, той може да превключва маски между трите вкуса.
Възможно е дори все още да има допълнително неутрино, което да не участва в обичайните взаимодействия - нещо известно като стерилното неутрино, за което физиците жадно ловуват.
С други думи, неутрино непрекъснато предизвикват всичко, което знаем за физиката. И ако има едно нещо, от което се нуждаем, както в миналото, така и в бъдещето, това е добро предизвикателство.
Пол М. Сътър е астрофизик в Държавният университет в Охайо, домакин на Попитайте Космонавт и Космическо радиои автор на Вашето място във Вселената.
