Nevtrini so morda najbolj podcenjeni delci, ki jih človeštvo pozna. Fizik, pameten fant in pametni aleck Wolfgang Pauli je njihov predlog prvič predstavil leta 1930 kot manjkajoči kos sestavljanke - nekatere jedrske reakcije so se dogajale več, kot so prihajale. Pauli je utemeljil, da je treba vpletati nekaj drobnega in nevidnega - torej nevtrino, ki je nekakšen italijanski jezik za "malo nevtralnega".
V desetletjih od tega prvotnega predloga smo spoznali in vzljubili - vendar ne povsem razumeli - teh malih nevtralnih fantov. Imajo malo mase, vendar nismo prepričani, koliko. In lahko prehajajo iz ene vrste nevtrina (imenovane "okus", ker zakaj ne?) V drugo, vendar nismo prepričani, kako.
Kadar fiziki nečesa ne razumejo, so resnično navdušeni, saj mora biti po definiciji odgovor na uganko zunaj znane fizike. Torej skrivnost nevtrinske mase in mešanja nam lahko daje namige za takšne skrivnosti, kot so najzgodnejši trenutki velikega poka.
En majhen problem: majhnost. Nevtrini so drobni in se skoraj ne pogovarjajo z normalno zadevo. Trenjoni na bilijone trenutno potekajo skozi vaše telo. Ali jih opazite? Ne, ne veš. Da bi resnično prodrli v nevtrinske lastnosti, moramo postati veliki, v spletu pa kmalu prihajajo trije novi nevtrinski poskusi, ki nam bodo pomagali uresničiti stvari. Upamo.
Raziščimo:
DUNE
Morda ste slišali navdušenje nad remakeom klasičnega znanstveno-fantastičnega romana "Dune". To ni to. Namesto tega DUNE pomeni "Deep Underground Neutrino Experiment", ki je sestavljen iz dveh delov. Prvi del bo v Fermilabu v Illinoisu in bo vseboval velikansko nevtino pištolo z zlom genija, ki bo protone pospešila do hitrosti svetlobe, jih razbila v stvari in izstrelila trilijone nevtrinov na sekundo izven poslovnega konca.
Od tam bodo nevtrini potovali po naravni črti (ker je to vse, kar znajo narediti), dokler ne bodo zadeli drugega dela, približno 1300 kilometrov stran, v podzemnem raziskovalnem centru Sanford v Južni Dakoti. Zakaj pod zemljo? Ker nevtrini potujejo v ravni črti (spet ni izbire), vendar je Zemlja ukrivljena, zato mora detektor sedeti približno kilometer pod površino. In ta detektor je približno 40.000 ton (36.000 ton) tekočega argona.
Hyper-Kamiokande
Predhodnik Hyper-Kamiokande, ki bo kmalu postal Hyper-K (če se želite ohladiti na fizičnih zabavah), se je imenoval Super-Kamiokande ("Super-K" iz istih razlogov), ki se nahaja blizu Hide , Japonska. Za oba instrumenta gre za precej enostavno nastavitev: velikanski rezervoar ultra čiste vode, obkrožen s cevmi za fotopomnoževanje, ki ojačajo zelo šibke svetlobne signale.
Vsakokrat v izredno redkem času nevtrino udari v vodno molekulo, zaradi česar se elektron ali pozitron (partner antimaterije) elektrona umakne hitreje od hitrosti svetlobe v vodi. To povzroči blisk modrikaste svetlobe, imenovane Čerenkovo sevanje, in to svetlobo poberejo cevi za fotomultiplikator. Proučite bliskavico, razumejte nevtrino.
Super-K je ustvaril superzgodovino leta 1998, ko je na podlagi opazovanja nevtrinov, proizvedenih v globinah sončnega jedra, predstavil prve trdne dokaze, da nevtrini spreminjajo okus med letenjem. Odkritje je fizika Takaakija Kajita ujelo Nobelovo nagrado in Super-K vljudno ploskal na cevi za fotomultiplikator.
Hyper-K je kot Super-K, vendar večji. Z zmogljivostjo 264 milijonov galonov (1 milijarda litrov) vode ima 20-krat večjo količino zbiranja Super-K, kar pomeni, da lahko hkrati nabere 20-krat več nevtrinov, kot jih lahko Super-K. Hyper-K bo po vsej vesolju poiskal nevtrine, ki nastanejo z naravnimi, organskimi reakcijami, kot sta fuzija in supernova, začenši okoli leta 2025. Kdo ve? Morda bo kdo dobil tudi Nobelovo nagrado.
PINGU
Nisem ravno prepričan, zakaj fiziki izberejo kratice, ki jih počnejo za velikanske eksperimente znanosti. V tem primeru je Pingu ime evropskega animiranega pingvina, ki ima različne nesreče in se nauči pomembnih življenjskih lekcij na južni celini. Prav tako pomeni "Precision IceCube Next Generation Upgrade" (PINGU).
IceCube del te kratice se nanaša na največji, najslabši nevtrinski eksperiment na svetu. Eksperiment temelji na Južnem polu, sestavljen iz nizov detektorjev, potopljenih globoko v polarno ledeno ploskev, ki bodo uporabili kristalno jasnost ledu, da bi storili isto, kot Super- in Hyper-K počneta na Japonskem: zaznava sevanje Čerenkov nastaja z nevtrinosi, ki se pretakajo skozi led. Eksperiment se je resnično začel pred nekaj leti, toda znanstveniki, ki ga izvajajo, že srbijo za nadgradnjo.
Evo zakaj. IceCube je morda velik, vendar to še ne pomeni, da je najboljši. Ima slepo mesto: zaradi svoje ogromne velikosti (cel kubični kilometer ledu) težko opazimo nizkoenergijske nevtrine; Preprosto ne delajo dovolj popa in fizzle, da bi jih detektorji IceCube videli.
Vpišite PINGU: kup dodatnih detektorjev, razporejenih v bližini centra IceCube, ki so posebej zasnovani za lovljenje nevtrinov z nižjo energijo, ki zadenejo Zemljo.
Ko bo (upam) prišel na spletu, se bo PINGU pridružil vojski instrumentov in detektorjev po vsem svetu, ki poskušajo ujeti čim več teh gromozanskih skorajda nič in odkriti svoje skrivnosti.
