Vsako sekundo vsakega dne vas trilijoni bombardirajo na trilijone subatomskih delcev, ki se tuširajo iz globin vesolja. Pihajo skozi vas z močjo kozmičnega orkana, ki piha skoraj s svetlobno hitrostjo. Prihajajo z vsega neba, ves čas dneva in noči. Prodirajo v Zemljino magnetno polje in v našo zaščitno atmosfero kot toliko masla.
Pa vendar lasje na vrhu glave niso niti razgaljeni.
Kaj se dogaja?
Malo nevtralno
Te drobne krogle se imenujejo nevtrini, izraz, ki ga je leta 1934 skoval briljantni fizik Enrico Fermi. Beseda je nejasno italijanska za "malo nevtralnega", njihov obstoj pa je domneval, da pojasnjuje zelo radovedno jedrsko reakcijo.
Včasih se elementi počutijo malo… nestabilno. In če predolgo ostanejo pri miru, se razpadejo in se spremenijo v nekaj drugega, nekaj malenkost lažjega na periodični mizi. Poleg tega bi izstopil malo elektrona. Toda v dvajsetih letih prejšnjega stoletja so natančna in podrobna opazovanja teh razpadov ugotovila drobna, ničelna odstopanja. Skupna energija na začetku postopka je bila za malenkost večja od energije, ki prihaja. Matematika se ni seštevala. Čuden.
Tako je nekaj fizikov iz celega blaga naredilo čisto nov delček. Nekaj, kar bi odneslo manjkajočo energijo. Nekaj majhnega, nekaj lahkega, nekaj brez naboja. Nekaj, kar bi lahko neopazno zdrsnilo po njihovih detektorjih.
Malo, nevtralno. A nevtrino.
Še nekaj desetletij je trajalo, da so potrdili svoj obstoj - tako so spolzki, spretni in zahrbtni. Toda leta 1956 so se nevtrini pridružili vse večji družini znanih, izmerjenih, potrjenih delcev.
In potem so stvari postale čudne.
Najljubši okus
Težave so se začele z odkritjem muona, ki se je naključno zgodil približno v istem času, ko se je ideja o nevtrinih začela uveljavljati: trideseta leta 20. stoletja. Muon je skoraj povsem podoben elektronu. Isti naboj. Isti spin. Toda na ključen način je drugače: težji je, več kot 200-krat bolj masiven kot njegov sorodnik, elektron.
Muoni sodelujejo v svojih posebnih reakcijah, vendar običajno ne trajajo dolgo. Zaradi svoje impresivne količine so zelo nestabilni in hitro razpadejo v tuše manjših bitov ("hitro" tukaj pomeni v mikrosekundi ali dveh).
To je vse dobro in dobro, zakaj se torej muoni vključijo v zgodbo o nevtrinih?
Fiziki so opazili, da je pri reakcijah razpada, ki so nakazovale na obstoj nevtrina, vedno prišlo do izpada elektronov in nikoli do muona. V drugih reakcijah bi izskočili muoni in ne elektroni. Da bi razložili te ugotovitve, so utemeljili, da se nevtrini v teh reakcijah razpada vedno ujemajo z elektroni (in ne z nobeno drugo vrsto nevtrina), medtem ko se mora elektron, muon pariti s še neodkrito vrsto nevtrina… Konec koncev je elektron - prijazen nevtrino ne bi mogel razložiti opazovanj iz muonskih dogodkov.
In tako se je lov nadaljeval. In naprej. In naprej. Šele leta 1962 so fiziki končno dobili ključavnico druge vrste nevtrina. Prvotno so jo poimenovali "nevretto", vendar so prevladale bolj racionalne glave s shemo imenovanja muon-nevtrino, saj se je vedno uparjal v reakcijah z muonom.
Pot Taoa
V redu, torej dva potrjena nevtrina. Ali je imela narava več za nas? Leta 1975 so raziskovalci Centra za linearni pospeševalnik Stanford pogumno presejali po gorah monotonih podatkov, da bi razkrili obstoj še težjega brata do njivljivega elektrona in zajetnega muona: omamljanje tau, ki se je vklopilo v neverjetnih 3500-krat večji masi elektrona . To je velik delec!
In takoj se je postavilo vprašanje: Če obstaja družina treh delcev, elektrona, muona in tauja… ali bi lahko obstajal tretji nevtrino, ki bi se združil s tem novonastalim bitjem?
Mogoče, morda ne. Mogoče sta samo dva nevtrina. Mogoče so štirje. Morda 17. Narava še ni povsem izpolnila naših pričakovanj, zato ni razloga, da bi začeli zdaj.
Skozi številne groze podrobnosti so se skozi desetletja fiziki prepričali z različnimi poskusi in opazovanji, da bi moral obstajati tretji nevtrino. Toda šele na robu tisočletja, leta 2000, je posebej zasnovan eksperiment pri Fermilabu (šaljivo imenovan eksperiment DONUT, za neposredno opazovanje NU Tau, in ne, tega ne nadomestim) končno dobil dovolj potrjenih ogledov, da upravičeno zahtevajo odkritje.
Preganja duhove
Zakaj torej toliko skrbimo za nevtrine? Zakaj smo jih preganjali že več kot 70 let, od druge svetovne vojne do moderne dobe? Zakaj so generacije znanstvenikov tako očarale te male, nevtralne?
Razlog je v tem, da nevtrini še naprej živijo zunaj naših pričakovanj. Dolgo časa sploh nismo bili prepričani, da obstajajo. Dolgo smo bili prepričani, da so popolnoma brez mase, dokler niso poskusi nadležno odkrili, da morajo imeti maso. Natančno "koliko" ostaja sodobna težava. In nevtrini imajo to nadležno navado, da med potovanjem spreminjajo značaj. Tako je, saj nevtrino med letom potuje, lahko med tremi okusi prestavlja maske.
Morda še vedno obstaja dodatni nevtrino, ki ne sodeluje v običajnih interakcijah - nekaj znanega kot sterilni nevtrino, na katerega fiziki lačno lovijo.
Z drugimi besedami, nevtrini nenehno izzivajo vse, kar vemo o fiziki. In če potrebujemo eno stvar, tako v preteklosti kot v prihodnosti, je to dober izziv.
Paul M. Sutter je astrofizik pri Državna univerza Ohio, gostitelj Vprašajte vesoljca in Vesoljski radioin avtorja Vaše mesto v vesolju.
